昙花

注册

 

发新话题 回复该主题

宇宙中没有无用的东西,存在即合理粒子篇 [复制链接]

1#

这篇文章不是哲学,也不是鸡汤,而是在讨论一个事实。

不知你发觉到这样一个事实没有,我们周围世界的大多数事物似乎只需要电子、上夸克和下夸克就够了,其余粒子似乎只是那匆匆的过客。

36种夸克里面,除了上夸克和下夸克之外,其它的几百种新粒子,都活不过1秒钟便会衰变。

比方正红上夸克+反红下夸克=π介子,这个π介子很快便会衰变成一个电子+一个电中微子,这在昨天的文章《夸克的江湖》中有详述。

还有其它许多奇奇怪怪的粒子,似乎和我们的世界也没有啥关系,难道真的是造物主的失算,完美的宇宙里也有了冗余吗?

难道上帝在掷骰子的同时也在制造垃圾吗?不,宇宙的构造是完美的,宇宙里没有冗余,存在即合理。

有人说宇宙是由一个个规律合成的,任何一个规律出现了微小的偏差,宇宙和生命都将不复存在。

有人又说宇宙原本只有一个规律,一个维度,只不过在奇点大爆炸的那一瞬间,这些规律和维度都被释放出来了。

只是由于人类所处的维度太低,所以宇宙看上去才被分成了许多个维度和许多的自然规律。

又有人认为宇宙是由一串串数字组成,宇宙是可以被量化的。

现代科学最新的结论认为:宇宙是一个能量体,在大爆炸那一瞬间能量转换成了物质,经过一系列精确的组合,才有了我们所看到的这一切。

对于宇宙的神秘,从人类有了认知的那一刻就在不断进行探索。

古希腊人猜想,宇宙的物质是由一些他们叫原子的“不可分割的”原料构成的。

他们想,大量的物质都应该是少量不同的基本材料组合的结果,就像在拼音文字里,数不尽的词语都是由那么少的几十个字母组合而成。

这是一个很先进的思想。

多年过去了,我们还认为它是正确的,尽管那些最基本的物质单元已经历了无数认识的转变。

19世纪,科学家发现了许多我们所熟悉的物质,比如碳和氧,它们都有一种可以识别的最小组成单元,遵照古希腊人的传统,它们被称为原子。

名字确定下来了,但历史证明那是一个误会,因为那些原子当然是“可以分割的”。

人们在不断地寻找宇宙中最小的物质,他们实在太想知道这个宇宙的奥秘了。

只要能找到的东西,科学家就会去总结出它们的规律,他们相信,宇宙是完美的,造物主不可能搞出一些没有用的东西。

到了20世纪30年代初,J·J·汤姆逊、卢瑟福、玻尔和查德威克的工作,建立了我们熟悉的原子界的太阳系模型。

他们发现,原子远不是什么最基本的物质成分,它有一个包含着质子和中子的核,核外还绕着一群旋转的电子。

这个微观模型太美了,就像是一个小型宇宙,到了此时,他们还没有发现宇宙中有什么东西是多余的。

在一段时间里,许多物理学家都认为质子、中子和电子就是希腊人的“原子”。

但是在年,斯坦福直线加速器中心的实验家们,利用强大的技术力量探索了物质的微观层次,发现质子和中子都不是基本的。

它们都由更小的物质组成:

两个上夸克和一个下夸克组成了质子;

两个下夸克和一个上夸克组成了中子。

对的,这些粒子就是夸克,也是目前为止发现的最小粒子(弦理论得到证实前是这样的)。

这个古怪的名字是理论物理学家盖尔曼从乔伊斯的小说《芬尼根守夜者》里找出来的,他早就猜想可能存在着那种粒子。

目前为止,一切都很完美,世间万物都是由一个个小小的夸克拼积木般拼出来的。

我们在天地间看到的一切事物似乎都是由电子、上夸克和下夸克的组合构成,还没有实验证据能说明还有比夸克更小的东西。

宇宙的奥秘似乎近在咫尺,只要掌握了最基本的粒子-夸克的规律,就能够穷尽天地的奥秘了。

可如果那么容易,上帝岂不是很没有面子。之后的大量证据表明,宇宙还存在着其他粒子成分。

20世纪50年代中期,泡利的预言成功了,雷恩和柯万发现了第四种基本粒子的确凿实验证据,它叫中微子。

中微子是一种鬼魅般的存在,它们像幽灵一样,很少与其他物质发生相互作用,能穿透几百亿千米厚的铅,但运动却几乎不受任何影响。

在你读这句话的时候,太阳向太空喷发的几十亿个中微子正在穿过你的身体,然后穿过地球,继续它们在宇宙间孤独的旅行。

宇宙中不生产废物,每一种存在都有它的道理,中微子也是一样,虽然它很难相处,但它在微观世界最基本的规律中起着重要作用,而且与宇宙的起源与演化有关,例如宇宙中物质与反物质的不对称很有可能就是由中微子造成的。

当然,想取代造物主的位置也不是那么容易的,发现得越多,遇到的问题也就越多,就中微子遗留的那一大堆问题就够撑起几十个诺贝尔奖了。

宇宙中没有一寸多余,每一寸都有它的意义。

20世纪30年代末,物理学家在研究宇宙线(从外太空向地球倾泻的粒子流)时,又发现了一种叫μ子的基本粒子——除了比电子重倍左右,其实都是一样的。

μ子又称渺子,是一种轻子,μ子在宇宙间的存在,既不是什么事物要求,也不是为解决什么疑问所提出的,也并非出于谁的精心设计,看上去就像多余的。

所以,获得诺贝尔奖的粒子物理学家拉比,对μ子的发现没多大热情。

真的是多余的吗?谁让它来的?

但事实就是,它来了,而且还跟着来了好多新粒子。

物理学家们凭借着前所未有的技术力量和热情,不断地用越来越大的能量将物质击碎,时刻重现着大爆炸以来那些谁也不曾见过的创生条件。

他们从碎片里寻找新的元素,粒子清单也越来越长。

那些稀奇古怪的东西,包括着另外四种夸克:粲、奇、底和顶,还有一个更重的电子兄弟:τ(读“套”)。

但这些粒子在高能碰撞中产生,也不过是昙花一现,在我们经常遇到的所有事物中,它们的身影从未出现过。

不出现并不代表着没作用。

在那些多出来的粒子中,数不清的“为什么”也接踵而来。

为什么粒子质量看起来是随机分布的?

为什么τ子比电子重约倍?

为什么顶夸克比上夸克重40倍?

这些数都很奇怪,似乎是随机数。它们是偶然出现的,还是某种必然的选择。

并且,每一个粒子都有相对应的反物质粒子。

举例说,电子的反粒子叫正电子——它的质量跟电子相同,只不过电荷为正,而电子的电荷为负。

物质和反物质在接触时,会相互湮灭,生成纯粹的能量,所以我们周围的世界里,反物质是非常非常少的。

那些多出来看似无用的粒子,它们真的是这个宇宙的冗余吗?

特别是,我们周围世界的大多数事物似乎只需要电子、上夸克和下夸克就够了,其余粒子存在的意义又在哪里。

宇宙的这些基本特征需要一个综合的科学解释吗?

我想不需要,宇宙既然存在,所有的一切都是合理的,存在即合理,宇宙之所以如此,是因为物质和作用粒子具有那样的性质。

这些性质我们解不解释,都不影响它们的存在与作用,并且它们也一定有它的作用。

只是人类需要对这些性质作出解释,找出它们之间的作用和规律,那无关宇宙,只关乎自己。

当然,只要挖掘的够深,也一定能给予合理的解释。

分享 转发
TOP
发新话题 回复该主题