物理学界出现了一种令人深感不安且颇具争议的思维方式。 这个想法是,我们通过科学所能理解的周围世界已经达到了绝对极限。
“接下来的几年可能会告诉我们,我们是否能够继续增进对自然的理解,或者我们是否可能在科学史上第一次面临我们无法回答的问题,”哈利·克里夫,欧洲核研究组织(简称 CERN)的一位粒子物理学家在最近的一次会议上表示TED演讲在瑞士日内瓦。
同样可怕的是这个接近极限的原因,克里夫说是:“因为物理定律禁止它。”
克里夫论点的核心是他所说的宇宙中最危险的两个数字。 这些数字决定了我们在宇宙中目睹的所有物质、结构和生命。 克里夫说,如果这两个数字稍有不同,宇宙就会是一个空虚、没有生命的地方。
第一个危险:力量的强度
sakkmesterke/Shutterstock.com
克里夫名单上的第一个危险数字是一个代表物理学家所说的希格斯场强度的值,希格斯场是一种看不见的能量场,与弥漫在宇宙中的其他磁场并不完全不同。
当粒子游过希格斯场时,它们会获得质量,最终变成质子、中子和电子,这些原子构成了构成你、我和我们周围所见一切的所有原子。 没有它,我们就不会在这里。
我们几乎可以肯定地知道希格斯场的存在,是因为 2012 年的一项突破性发现,当时 CERN 的物理学家检测到了一种新的基本粒子,称为。 根据理论,没有希格斯场就不可能有希格斯玻色子。但希格斯场中有一些神秘的东西继续困扰着像克里夫这样的物理学家。
根据爱因斯坦的理论克利夫说,量子力学理论——这两种物理学理论推动我们在难以置信的大尺度和极小尺度上理解宇宙——希格斯场应该执行两项任务之一。
要么应该关闭它,这意味着它的强度值为零,并且不会为粒子提供质量,要么应该打开它,并且按照理论,这个“开启值”“绝对巨大” ,”克里夫说。 但这两种情况都不是物理学家所观察到的。
“实际上,希格斯场只是稍微打开,”克里夫说。 “它不是零,但它比完全开启的值弱一万万亿倍——有点像一个电灯开关在‘关闭’位置之前卡住了。这个值至关重要。如果它有一点点不同,那么宇宙中不会有任何物理结构。”
为什么希格斯场的强度如此弱,令人无法理解。 物理学家希望通过在欧洲核子研究中心新升级的粒子加速器上检测全新的粒子来找到这个问题的答案。 但到目前为止,他们仍在狩猎。
危险之二:力量
克里夫的第二个危险数字是物理学家所说的两倍“物理学史上最糟糕的理论预测”。
这个危险的数字涉及深空深处和一种令人心碎的复杂现象,称为暗能量。 暗能量,一种排斥力,导致我们的宇宙加速膨胀,于 1998 年首次测量。尽管如此,“我们不知道暗能量是什么”,Cliff 承认。 “但最好的想法是,它是真空本身的能量——真空的能量。”
如果这是真的,你应该能够将真空中的所有能量相加,得到一个代表暗能量强度的值。 尽管理论上物理学家已经这样做了,他们的答案有一个巨大的问题:
“暗能量应该是10120比我们从天文学中观察到的值强几倍,”克里夫说。“这个数字如此巨大,以至于你根本无法理解? 这个数字比天文学中的任何数字都大——它比宇宙中原子的数量大一千万亿万亿万亿倍。 这是一个相当糟糕的预测。”
从好的方面来说,我们很幸运,暗能量比理论学家预测的要小。 如果它遵循我们的理论模型,那么暗能量的排斥力将非常巨大,足以将我们的宇宙撕裂。 将原子结合在一起的基本力将无力对抗它,任何东西都无法形成——星系、恒星、行星和我们所知的生命都不会存在。
另一方面,令人极其沮丧的是,我们无法利用当前的宇宙理论来开发与现有观测结果一致的更好的暗能量测量方法。 比改进我们的理论更好的方法是找到一种方法,让我们能够理解暗能量和希格斯场的强度为何如此。
获得答案可能是不可能的
克里夫说,有一种可能的方法可以得到一些答案,但我们可能永远没有能力证明它。
如果我们能够以某种方式确认我们的宇宙只是数十亿个其他宇宙的巨大多元宇宙中的一个,那么“突然我们就可以理解这两个危险数字的奇怪的微调值,[因为]在大多数多元宇宙中,暗能量是如此强大宇宙被撕裂,或者希格斯场太弱以至于无法形成原子,”克里夫说。
为了证明这一点,物理学家需要发现新的粒子来支持激进的理论,例如,它预测了多元宇宙的存在。 目前,世界上只有一个地方可以产生这些粒子(如果存在的话),那就是欧洲核子研究中心的大型强子对撞机。
在欧洲核子研究中心关闭大型强子对撞机进行升级之前,物理学家只有两到三年的时间。 克里夫说,如果到那时我们还没有发现任何东西,这可能标志着终结的开始。
“我们可能正在进入物理学的新时代。在这个时代,宇宙中存在我们无法解释的奇怪特征。在这个时代,我们有迹象表明我们生活在一个令人沮丧的超出我们能力范围的多元宇宙。在这个时代,我们将永远无法回答为什么有东西而不是没有的问题。”
本文最初发表于商业内幕。
更多来自商业内幕: