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上帝粒子:背后隐藏的巨大秘密

2016-04-01  辷盀   |  转藏
   

上帝粒子:背后隐藏的巨大秘密

什么是上帝粒子?

亲,不要着急,且听小编慢慢解释。

跟我学物理网贾兰华老师说:物理学是一门试图在最基本的层次上理解自然的古老科学,早期曾是哲学的一部分。在那个时期,物理学所关心的是一些有关世界本原的问题,比如时间、空间是什么?这些问题看似朴素,回答起来却极为困难,人们对这些概念的认识是及其曲折的,在漫长的历史岁月里,物理学曾经一次次地回到这些问题上来,就像远行的水手一次次地回望灯塔。

对几乎所有受过现代教育的人来说,最早接触质量这一物理概念都是在牛顿力学中,质量是决定物体惯性和引力的基本物理量。在牛顿力学中,没有质量的经典力学是无法想象的,牛顿的第二运动定律说,一个物体的加速度等于作用于其上的力除以它的质量,因此一个没有质量的物体就不知道如何运动了,因为你要除以零。还有,在牛顿的引力定律中,一个物体的质量决定了它所施加的力的强度,我们不可能用没有引力作用的材料构造出一个有引力作用的物体,所以你无法取消质量而不同时取消引力。在一个以机械观为主导的时期里,质量是和空间、时间无关的,是力学中一个不可约的概念,不可约就是不需要也不能够约化为更基本的概念的,因此有关质量起源的研究在那个时期是基本不存在的。

物理学后来的发展使得质量的概念显得不那么本原了,爱因斯坦狭义相对论认为质量和物体的运动速度有关的,随着速度增大,物体的质量也逐渐增大,这一论断后来得到了证明。1905年在爱因斯坦的论文《一个物体的惯性是否和它所包含的能量有关?》,推导出了m = E/c2,说明了质量和能量有关,质量可以转化为能量,人们根据这一原理制造了原子弹。后来在大型正负电子对撞机LEP中,人们发现,当一个高能电子和一个高能正电子发生碰撞的时候,我们常常观测到事后会产生大量粒子,这些粒子的总质量可能是原来的电子和正电子质量的几千倍。这样一来,我们就真的在现实世界中由能量创造出了质量。

质量到底是什么?科学家对物体的微观组成研究也逐渐深入,从1897年英国物理学家汤姆生发现电子以来,就拉开了近代物质本源探索的序幕。此后,质子、中子等亚原子粒子相继被发现,并被称为基本粒子,意即它们是组成物质世界最基本的单元,是不可分的。但是,通过高能物理实验,物理学家发现越来越多的微观粒子,这时,物理学家不禁怀疑:基本粒子会有如此之多吗,这些微粒的质量为什么如此不同?

1964年,英国物理学家彼得·希格斯(P.W.Higgs)发表了一篇学术理论文章,提出一种粒子场的存在,预言一种能吸引其他粒子进而产生质量的玻色子的存在。他认为,这种玻色子是物质的质量之源,是电子和夸克等形成质量的基础,其他粒子在这种粒子形成的场中游弋并产生惯性,进而形成质量,构筑成大千世界。希格斯认为,在137亿年前的宇宙大爆炸过程中,形成一种无形却到处存在的场,希格斯玻色子就存在于这个场内。当有些粒子在与希格斯玻色子遭遇时,它们会降低速度,获得质量,而另一些粒子则会不受阻碍地继续前进。

根据希格斯模型,基本粒子是跟一种看不见的、无所不在的场发生相互作用而获得了质量,一个粒子与希格斯场相互作用越强烈,它拥有的质量就越大。这里还有一个有趣的故事,科学家很难向英国政府解释清楚希格斯场,所以在1993年,英国科学部长威廉·瓦多格列佛向科学家发起了挑战,让他们用一页纸的篇幅向他解释希格斯场。瓦多格列佛拿出了一瓶香槟奖给了获胜者,其中就包括英国伦敦大学学院的物理学家戴维·米勒。米勒把希格斯场比作一个房间,房间里均匀分散着一大群为政客聚会服务的工作人员。一个无关紧要的人可以不受阻碍地在人群中穿来穿去。然而,如果是时任英国首相撒切尔夫人到场,一定会吸引大量的关注:聚会工作人员会围拢在她周围,减慢她穿行的速度,使她带上某种“质量”。

如果没有希格斯玻色子,宇宙将是一个寒冷,黑暗,没有任何生命的死亡之地。由于其根本的重要性,物理学家们将希格斯粒子称作“上帝粒子”(God particle),英国爱丁堡大学教授皮特·希格斯(Peter Higgs)被授予了诺贝尔物理学奖,因为在上世纪60年代最早预言了这种粒子的存在。

希格斯玻色子被认为是人类了解宇宙的关键,物理学家认为希格斯玻色子给予了组成原子的粒子质量。倘若没有质量,这些粒子将会以光速穿越宇宙,而无法连接在一起形成原子,后者是构成宇宙万物的基本单位,大至行星小至人类

希格斯粒子,让我们离上帝只有一步。

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