【編者按】本文來自知社學(xué)術(shù)圈巴特。
物理學(xué)界最近出現(xiàn)了一種令人不安且飽受爭(zhēng)議的看法：我們正在逼近人類通過科學(xué)所能了解這個(gè)世界的絕對(duì)極限。近日，歐洲核子研究中心 (CERN) 的粒子物理學(xué)家 Harry Cliff 參加了一場(chǎng)TED演講，期間談到了兩個(gè)對(duì)于我們宇宙存在來說極為關(guān)鍵的兩個(gè)量。倘若有任何的微變，這個(gè)世界或許都將不復(fù)存在。
“在未來的幾年里，我們可能會(huì)知道自己是否能夠繼續(xù)擴(kuò)展我們對(duì)這個(gè)世界的了解，也許我們將在科學(xué)史上首次遇到無法回答的問題?！眮碜詺W洲核子研究中心 (CERN) 的粒子物理學(xué)家 Harry Cliff 最近在瑞士日內(nèi)瓦的一次TED演講上講到，“這并不是說我們的大腦不夠聰明或者技術(shù)無法滿足，而是由物理學(xué)定律本身決定的。”
在 Cliff 的觀點(diǎn)里，有兩個(gè)被視為宇宙中最危險(xiǎn)的量。它們決定著我們?cè)谑篱g所見一切物質(zhì)、結(jié)構(gòu)和生命的存在。倘若這兩個(gè)量有細(xì)微的變化，那么宇宙萬物都將不復(fù)存在，這里將一片死寂。
Cliff 所言的第一個(gè)危險(xiǎn)數(shù)值代表著物理學(xué)家稱之為希格斯場(chǎng)的強(qiáng)度。這是一種無形的能量場(chǎng)，與其他磁場(chǎng)稍有不同，它充斥著整個(gè)宇宙。我們既看不見，也摸不著，但是如果沒有它，我們也無法存在。
當(dāng)粒子暢游在希格斯場(chǎng)中，它們會(huì)獲得質(zhì)量并最終成為質(zhì)子、中子以及電子這些組成你我的基本單位。如果沒有希格斯場(chǎng)，那么一切都將灰飛煙滅。
確認(rèn)希格斯場(chǎng)的存在源于2012年CERN的突破性發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)物理學(xué)家在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī) (LHC) 中發(fā)現(xiàn)一種新的基本粒子，即希格斯玻色子。根據(jù)理論，在沒有希格斯場(chǎng)的環(huán)境下無法產(chǎn)生希格斯玻色子。但圍繞希格斯場(chǎng)仍有一些令Cliff這樣的物理學(xué)家所困惑的問題。
依照愛因斯坦的廣義相對(duì)論和量子力學(xué)理論——在宏觀和微觀尺度上主導(dǎo)著我們對(duì)宇宙理解的兩大物理學(xué)理論——希格斯場(chǎng)應(yīng)該存在兩種自然狀態(tài)。這就像燈的開關(guān)一樣，要么是關(guān)閉狀態(tài)，意味著宇宙中各處的值皆為0；要么是開啟狀態(tài)，意味著其具有絕對(duì)大的值。
無論在哪種情況下，原子都無法存在，也就是說我們所存在的這個(gè)世界都不會(huì)存在。但實(shí)際情況是，“希格斯場(chǎng)這盞燈只是微弱地點(diǎn)亮著?！盋liff 說，“它不是0，但它的值比完全值要小一億億倍。就好像燈的開關(guān)被卡在了接近關(guān)閉的位置上。這個(gè)值太關(guān)鍵了，如果它有任何細(xì)微的變化，那么整個(gè)宇宙的物質(zhì)世界都將不復(fù)存在。”
希格斯場(chǎng)的強(qiáng)度為何有著如此精妙而微弱的量值令人無法理解。理論學(xué)家花了數(shù)十年對(duì)其進(jìn)行研究，到現(xiàn)在已經(jīng)想出了不少花哨的解釋，比如“超對(duì)稱性 (supersymmetry)”和“大型額外維度 (large extra dimensions)”。但無論怎樣，如果希格斯場(chǎng)強(qiáng)度真能夠得到解釋，那么我們應(yīng)該會(huì)在LHC中見到新的粒子與希格斯玻色子一起出現(xiàn)。不過至今為止，還沒有任何發(fā)現(xiàn)。
Cliff 所稱的第二個(gè)危險(xiǎn)量同時(shí)被物理學(xué)家們稱為“物理學(xué)史上最糟糕的理論預(yù)測(cè)”。
這一數(shù)值涉及到外太空的深度以及所謂的暗能量。1998年，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙的擴(kuò)張速度并不是恒定的，而是越來越快。其中的驅(qū)動(dòng)因素來自神秘的排斥力——暗能量?！拔覀儾⒉恢腊的芰康降资鞘裁?，”Cliff 表示，“最好的解釋是它是空虛空間自身的能量，即真空的能量。”
物理學(xué)家按照量子力學(xué)來計(jì)算暗能量的大小，得到的結(jié)果令人吃驚：“暗能量應(yīng)該比我們天文學(xué)所觀察到的數(shù)字高出10120倍，這絕對(duì)是一個(gè)讓人腦袋暈菜的數(shù)字。它比宇宙中任何數(shù)據(jù)都要大，它比全宇宙中的原子個(gè)數(shù)還要多出千萬億億億億倍。這實(shí)在是個(gè)很爛的預(yù)測(cè)?！?/p>
不過我們很幸運(yùn)，暗能量比理論預(yù)測(cè)要小很多。如果按照理論模型，那么暗能量的排斥力將把整個(gè)宇宙撕裂，星球與星系都無法形成，也就沒有我們了。
從另一方面講，人們?nèi)晕唇⑵鹨惶卓膳c實(shí)際觀測(cè)所匹配的理論，對(duì)于暗能量至今仍無法解釋。與希格斯場(chǎng)相比，這需要更為精妙的認(rèn)知。
愛因斯坦在晚年一直在尋找大一統(tǒng)理論，后來的科學(xué)家也始終沒有停下這一腳步。最有前途的大概就是弦理論，然而弦理論看起來似乎并不是一個(gè)理論，而是諸多理論的集合。據(jù)估計(jì)，目前可能共有10500種版本的弦理論，每一種都可用來描述一個(gè)特別的宇宙，擁有其獨(dú)特的物理學(xué)定律。
有人說這弦理論并不科學(xué)，但也有人說，如果世間某處真的存在那些形形色色的宇宙呢？倘若如此，那么我們將恍然大悟：在那些多重宇宙中，有很多地方暗能量太強(qiáng)，宇宙被撕裂；也有很多地方希格斯場(chǎng)太弱，沒有原子能夠產(chǎn)生；而我們恰好活在一個(gè)兩者都完美調(diào)和的宇宙中，我們是少數(shù)的幸運(yùn)者。
但是 Cliff 表示，如果我們按照這種想法思考下去，那么將永遠(yuǎn)無法回答那個(gè)問題：為什么這個(gè)世界是存在的？可能多數(shù)世界中什么也沒有，而我們所在世界的物理學(xué)定律允許我們存在而已。“更糟的是，我們甚至無法檢驗(yàn)多重宇宙這個(gè)概念。我們無法進(jìn)入其他宇宙，也無從確定它們是否真的存在?！?/p>
一直以來，LHC中的發(fā)現(xiàn)都是不毛之地，除了希格斯玻色子外一無所有。然而現(xiàn)在，我們正懷抱著有史以來的最高期望。今年夏天，LHC將開展第二階段運(yùn)行，其能量將達(dá)到前一次的兩倍。粒子物理學(xué)家們對(duì)此都非常興奮，指望著發(fā)現(xiàn)新粒子，微型黑洞，或者完全意料之外的東西。
如果這次能有所發(fā)現(xiàn)，那么物理學(xué)家們將繼續(xù)在百年前愛因斯坦開啟的這條道路上前行，更深入地追尋自然界的規(guī)律。但是，如果在兩三年內(nèi)仍沒有任何發(fā)現(xiàn)，到時(shí)LHC將進(jìn)入第二次長(zhǎng)期休眠，而我們可能也要進(jìn)入一個(gè)新的物理學(xué)時(shí)代：一個(gè)宇宙面貌無法被解釋的時(shí)代，一個(gè)我們可能活在多重宇宙卻永遠(yuǎn)無法觸及它們的時(shí)代，一個(gè)我們永遠(yuǎn)無法回答那個(gè)問題的時(shí)代——為什么這個(gè)世界是存在的。
當(dāng)然，提到中國(guó)將建造世界最大的粒子對(duì)撞機(jī)時(shí) (LHC的兩倍大)，Cliff 表示這肯定是物理界的好消息。建造一個(gè)像LHC那么大的對(duì)撞機(jī)需要全世界國(guó)家集中資源，沒有一個(gè)國(guó)家能夠負(fù)擔(dān)起那么大的消耗，可能也就除了中國(guó)。中國(guó)可以調(diào)動(dòng)巨大的人力物力財(cái)力建造這個(gè)機(jī)器，它將進(jìn)一步研究希格斯玻色子，可能會(huì)給我們帶來驚喜。
據(jù)了解，中國(guó)的大型對(duì)撞機(jī)設(shè)計(jì)工作將于2016年完成，2020年開始建造，預(yù)計(jì)在2028年投入使用，耗資30億美元。LHC的周長(zhǎng)有27公里，能夠產(chǎn)生14 TeV的對(duì)撞能量，這已經(jīng)讓科學(xué)家發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子 (上帝粒子) 的存在。根據(jù)報(bào)道，中國(guó)將要修建的對(duì)撞機(jī)周長(zhǎng)達(dá)到了52公里，對(duì)撞能量高達(dá)70 TeV。另外，美國(guó)和歐洲也已經(jīng)開始籌備周長(zhǎng)100公里，碰撞能量100 TeV的超級(jí)粒子對(duì)撞機(jī)。
【參考文獻(xiàn)】
1、The 2 most dangerous numbers in the Universe could signal the end of physics
2、Have we reached the end of the physics ?
3、中國(guó)粒子對(duì)撞機(jī)曝光：迄今世界最大
【作者介紹】知社學(xué)術(shù)圈（zhishexueshuquan），海歸學(xué)者發(fā)起的公益學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，旨在分享學(xué)術(shù)信息，整合學(xué)術(shù)資源，加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)學(xué)術(shù)進(jìn)步。
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