物理學界出現了一種令人深感不安且頗具爭議的思維方式。 這個想法是,我們透過科學所能理解的周遭世界已經達到了絕對極限。
「接下來的幾年可能會告訴我們,我們是否能夠繼續增進對自然的理解,或者我們是否可能在科學史上第一次面臨我們無法回答的問題,」哈利·克里夫,歐洲核子研究組織(簡稱CERN)的一位粒子物理學家在最近的會議上表示TED演講在瑞士日內瓦。
同樣可怕的是這個接近極限的原因,克里夫說是:“因為物理定律禁止它。”
克里夫論點的核心是他所說的宇宙中最危險的兩個數字。 這些數字決定了我們在宇宙中目睹的所有物質、結構和生命。 克里夫說,如果這兩個數字稍有不同,宇宙就會是一個空虛、沒有生命的地方。
第一個危險:力量的強度
sakkmesterke/Shutterstock.com
克里夫名單上的第一個危險數字是一個代表物理學家所說的希格斯場強度的值,希格斯場是一種看不見的能量場,與瀰漫在宇宙中的其他磁場並不完全不同。
當粒子遊過希格斯場時,它們會獲得質量,最終變成質子、中子和電子,這些原子構成了構成你、我和我們周圍所見一切的所有原子。 沒有它,我們就不會在這裡。
我們幾乎可以肯定地知道希格斯場的存在,是因為 2012 年的一項突破性發現,當時 CERN 的物理學家檢測到了一種新的基本粒子,稱為。 根據理論,沒有希格斯場就不可能有希格斯玻色子。但希格斯場中有一些神秘的東西繼續困擾著像克里夫這樣的物理學家。
根據愛因斯坦的理論克利夫說,量子力學理論——這兩種物理學理論推動我們在難以置信的大尺度和極小尺度上理解宇宙——希格斯場應該執行兩項任務之一。
要么應該關閉它,這意味著它的強度值為零,並且不會為粒子提供質量,要么應該打開它,並且按照理論,這個“開啟值”“絕對巨大” ,”克里夫說。 但這兩種情況都不是物理學家所觀察到的。
「實際上,希格斯場只是稍微打開,」克里夫說。 「它不是零,但它比完全開啟的值弱一萬億倍——有點像一個電燈開關在『關閉』位置之前卡住了。這個值至關重要。如果它有一點點不同,那麼宇宙中不會有任何物理結構。
為什麼希格斯場的強度如此弱,令人無法理解。 物理學家希望透過在歐洲核子研究中心新升級的粒子加速器上檢測全新的粒子來找到這個問題的答案。 但到目前為止,他們仍在狩獵。
危險之二:力量
克里夫的第二個危險數字是物理學家所說的兩倍“物理學史上最糟糕的理論預測”。
這個危險的數字涉及深空深處和一種令人心碎的複雜現象,稱為暗能量。 暗能量,一種排斥力,導致我們的宇宙加速膨脹,於 1998 年首次測量。 “但最好的想法是,它是真空本身的能量——真空的能量。”
如果這是真的,你應該可以將真空中的所有能量相加,得到一個代表暗能量強度的值。 儘管理論上物理學家已經這麼做了,他們的答案有一個巨大的問題:
「暗能量應該是10120比我們從天文學中觀察到的值強幾倍,」克里夫說。「這是一個令人難以置信的巨大數字,以至於你無法理解……這個數字比天文學中的任何數字都大——它是一千萬億萬億億倍。 這是一個相當糟糕的預測。
從好的方面來說,我們很幸運,暗能量比理論學家預測的還要小。 如果它遵循我們的理論模型,那麼暗能量的排斥力將非常巨大,足以將我們的宇宙撕裂。 將原子結合在一起的基本力量將無力對抗它,任何東西都無法形成——星系、恆星、行星和我們所知的生命都不會存在。
另一方面,令人極度沮喪的是,我們無法利用目前的宇宙理論來發展與現有觀測結果一致的更好的暗能量測量方法。 比改進我們的理論更好的方法是找到一種方法,讓我們能夠理解暗能量和希格斯場的強度為何如此。
要獲得答案可能是不可能的
克里夫說,有一種可能的方法可以得到一些答案,但我們可能永遠沒有能力證明它。
如果我們能夠以某種方式確認我們的宇宙只是數十億個其他宇宙的巨大多元宇宙中的一個,那麼「突然我們就可以理解這兩個危險數字的奇怪的微調值,[因為]在大多數多元宇宙中,暗能量是如此強大宇宙被撕裂,或者希格斯場太弱以至於無法形成原子,」克里夫說。
為了證明這一點,物理學家需要發現新的粒子來支持激進的理論,例如,它預測了多元宇宙的存在。 目前,世界上只有一個地方可以產生這些粒子(如果有的話),那就是歐洲核子研究中心的大型強子對撞機。
在歐洲核子研究中心關閉大型強子對撞機進行升級之前,物理學家只有兩到三年的時間。 克里夫說,如果到那時我們還沒有發現任何東西,這可能標誌著終結的開始。
「我們可能正在進入物理學的新時代。在這個時代,宇宙中存在我們無法解釋的奇怪特徵。在這個時代,我們有跡象表明我們生活在一個令人沮喪的超出我們能力範圍的多元宇宙。在這個時代,我們將永遠無法回答為什麼有東西而不是沒有的問題。
本文原刊於商業內幕。
更多來自商業內幕: