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當今世界十大物理難題(1/2)

作者:暗物質字數:5624更新時間:2019-09-15 19:07:53

    下列問題中的任何一個差不多都能保證獲得諾貝爾獎

    1、表達物理世界特征的所有(可測量的)無量綱參數原則上是否都可以推算,或者是否存在一些僅僅取決於曆史或量子力學偶發事件,因而也是無法推算的參數?

    愛因斯坦的表述更為清楚:上帝在創造宇宙時是否有選擇?想象上帝坐在控製台前,準備引發宇宙大爆炸.“我該把光速定在多少”?“我該讓這種名叫電子的小點帶多少電荷”?“我該把普朗克常數--即決定量子大小的參數--的數值定在多大”?他是不是為了趕時間而胡亂抓來幾個數字?抑或這些數值必須如此,因為其中深藏著某種邏輯?

    2. 量子引力如何幫助解釋宇宙起源?

    現代物理學的兩大理論是標準模型和廣義相對論.前者利用量子力學來描述亞原子粒子以及它們所服從的作用力,而後者是有關引力的理論.很久以來,物理學家希望合二為一,得到一種“萬物至理”--即量子引力論,以便更深入地了解宇宙,包括宇宙是如何隨著大爆炸自然地誕生的.實現這種融合的首要候選理論是超弦理論,或者叫M理論--這是其名稱的最新“升級版”,M代表“魔法”(magic)、“神秘”(mystery)或“所有理論之母”(mother of all theories).

    3. 質子的壽命有多長,如何來理解?

    以前人們認為質子與中子不同,它永遠不會分裂成更小的顆粒.這曾被當成真理.然而在70年代,理論物理學家認識到,他們提出的各種可能成為“大一統理論”--該理論把除引力外的所有作用力匯於一爐--的理論暗示:質子必須是不穩定的.隻要有足夠長的時間,在極其偶然的情況下,質子是會分裂的.

    辦法是捕捉到正在死去的質子.許多年來,實驗人員一直在地下實驗室中密切注視大型的水槽,等待著原子內部質子的死去.但迄今為止質子的死亡率是零,這意味著要麽質子十分穩定,要麽它們的壽命很長--估計在10億億億億年以上.

    4. 自然界是超對稱的嗎?如果是,超對稱性是如何破滅的?

    許多物理學家認為,把包括引力在內的所有作用力統一成為單一的理論要求證明兩種差異極大的粒子實際上存在密切的關係,這種關係就是所謂的超對稱現象.第一種粒子是費密子,可以把它們粗略地說成是物質的基本組件,就像質子、電子和中子一樣.它們聚集在一起組成物質.另一種粒子是玻色子,它們是傳遞作用力的粒子,類似於傳遞光的光子.在超對稱的條件下,每一個費密子都有一個與之對應的玻色子,反之亦然.

    物理學家有杜撰古怪名字的衝動,他們把所謂的超級對稱粒子稱為“sparticle”.但由於在自然界中還沒有觀察到sparticle,物理學家還需要解釋這種對稱性“破滅”的原因:隨著宇宙冷卻並凝結成現在的這種不對稱狀態,在其誕生之際所存在的數學上的完美被打破了.

    5. 為什麽宇宙表現為一個時間維數和三個空間維數?

    這隻是因為還沒有想到一個可以接受的答案,隻是因為除了上下、左右、前後,人們無法想像在更多的方向上運動.這並不意味著宇宙原本就是這樣的.實際上,根據超弦理論,肯定還存在著另外六個維數,每一維都呈卷曲狀,十分微小,因而無法察覺.如果這一理論是正確的,那麽為什麽隻有這三個維數是伸展開來的,留給我們這個相對幽閉恐怖的空間呢?

    6. 為什麽宇宙常數有它自身的數值?它是否為零,是否真正恒定?

    直到最近,宇宙學家仍然認為宇宙是以一個穩定的速度在膨脹.但最近的觀察發現,宇宙可能膨脹得越來越快.人們用一個叫宇宙常數的數字來描述這種輕微的加速.這個常數是否如人們早期所認為的是零,或者是一個非常小的數值,物理學家現在還無法做出解釋.根據一些基本計算,這個常數應該很大--是我們觀測結果的大約10到122倍.換句話說,宇宙應該以跳躍般的速度在膨脹.而實際情況並非如此,肯定有什麽機製在壓製這種作用.如果宇宙真是超對稱性的,那宇宙常數就該被完全抵消掉.但這種對稱性--如果確實存在的話--看來已經破滅.如果這個常數隨時間的變化而變化的話,那情況就更加複雜了. 本章尚未完結,請點擊下一頁繼續閱讀---->>>

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