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没有它人人都是天外飞仙,量子力学界神级的存在,希格斯玻色子

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发表于 2020-6-23 07:33:47 | 显示全部楼层 |阅读模式


遇事不决,量子力学。虽然这只是现如今大家开玩笑时经常会说的一句话,但同时这也说明了量子力学这一领域已经逐渐变得广为人知。

在瑞士日内瓦与法国交界的侏罗山地下100米深处,有一个著名的欧洲核子研究组织(CERN),单说这个名字可能没什么人知道,但是他们的著名大型强子对撞机LHC(Large Hadron Collider)大家应该或多或少听说过,对,就是那个一直想要搞出黑洞的机构。



可能提到黑洞大家就有点来劲了对不对,毕竟科学话题总是稍显沉闷,但别担心,我会尽量让大家愉快的GET到这些知识,以便日后小伙伴们出门在外聊天打趣之时,能够尽显才高八斗学富五车之气概。



这次我们讲的上帝粒子,是由曾荣获诺贝尔物理学奖的英国物理学家彼得·希格斯(Peter Higgs),在1964年最先出题的。希格斯首先提出了由自己名字命名的希格斯场(Higgs field)的存在,并进而预言了希格斯玻色子(Higgs boson)的存在。



那么这个CERN实验室为了找到上帝的粒子(God Particle)就于2008年开始了他们的疯狂“轰炸”研究。结果先不说,我们先聊聊,他们在演讲上说过的一些发人深省的话,也许正是因为这些话,赋予了我动力,让我想要把这看起来似乎不被大众所关注,并且相对沉闷的内容呈现给大家,也许观看视频的大家能够因此得到一些启发,培养出更多的科技人才成为国之栋梁!



一名经济学家问演讲者哈米德(Nima Arkani Hamed),“假如你们成功了,并且得到的所有结果都是正确的,那么我们可以从中得到些什么,又或者说我们可以因此获得多少经济收益?”

哈米德的回答很简单“我不知道,我们什么都不知道。当无线电波被发现的时候,人们不叫它无线电波,因为那时候还没有无线电,他们认为那是某一种辐射。每一次研究,我们都在自问还有什么是我们所不知道的,我们下一步该怎么做。而不是要去问自己因此能够获得多少经济利益。”



正是因为这样一群不为名利默默无闻的开拓者,铸就了人类文明的一次又一次辉煌时刻。爱因斯坦先生不一定会知道,他提出的相对论,会在几十年后解决了人类第一颗GPS卫星的定位问题。没有相对论,就没有全球定位系统。我们的车载导航,手机导航都不会存在。

当我们拿起手机说出“附近好吃的餐厅”时手机不会有任何回答。当上班族结束了疲惫的一天,想要点一份丰盛的外卖奖励自己时,手机并不知道你身在何处,也不知道你附近有什么。雪佛兰和别克的安吉星全球定位系统,更不可能在车主发生危难的时刻,精准定位引导救援,一次又一次的挽救生命于水火。



那么言归正传,因为我们知道基本粒子的性质分两种,一种负责物质架构的叫费米子,一种负责传递能量的叫波色子。量子力学在20世纪,获得了突飞猛进的发展,伟大的科学家们已经发现了60种基本粒子,那这60个粒子就不服了,你算干什么的,凭什么你就叫上帝的粒子了?



如果把量子力学视为人类科学界最伟大的交响曲,那这满眼望去,什么大提琴小提琴,长号短号,单簧管双簧管,要什么有什么了,那就开始演奏吧,对不起,台上没有指挥!上帝的粒子,它就是这么重要,别管你是什么粒子,没有它就不行!



那这到底是什么玻色子,怎么它就这么重要,它传递的又是什么能量呢?确切的说,它传递的是质量!什么是质量?想象一下我们儿时的玩伴小胖,8岁就有150斤,为什么他跳的没别人高,跑得没别人快呢。这还不简单,因为他胖,质量大,所以地球对他的吸引力就大,对不对。



那这质量究竟是哪来的,科学家就想了,要不咱们拆开看看吧,把分子拆成原子,原子拆成粒子,粒子又拆成夸克。这就好像列宁说的,物质不可穷尽一样。你敢分他就敢有!当然以我们人类现在的技术分到夸克就分不下去了。夸克一分出来,人就傻眼了,都分不下去了,还是没找出究竟是什么东西决定了物质的质量,那这不白搞这么半天了。别管是大活人,还是一支笔,都是由无数分子原子物质组成的。那这里面找不到质量,难不成这60种粒子都飘着吗?那我们不也就飘了,天外飞仙身轻如燕,绝世武功岂不是全来了?

还和小伙伴开玩笑呢,唉我一下就跳走了,唉我一下又跳回来了。想没想过,没有了质量,这地球引力吸不住,一下跳到宇宙里去就冻死了!这万有引力不也就成无稽之谈了么?

说到万有引力,就不得不说在自然界乃至宇宙中,我们人类已知的四种力,其中第一种,就是万有引力,我们能跳,但又跳不了太高,就是因为它的存在。第二种,电磁力,像吸铁石,电机运转,磁悬浮,全靠它。自从20世纪人类对量子力学建立了强大的研究后,又发现了两种微观世界的力,就是原子之间的强相互作用力与弱相互作用力。




那么研究这些的实验物理学家,就利用这些理论条件,建立了标准物理模型。用于验证理论物理学家提出的公式是否正确,能不能经得起反复的考验。一般来说,理论物理学家提出科学猜想与数学公式,就会有实验物理学家根据公式去验证。但往往领诺贝尔奖的都是理论物理学家。实验物理学家多数都是幕后英雄!

这会幕后英雄就为继续演奏量子力学的交响曲,找不到指挥发愁呢。究竟为什么找不到呢,有人就说了,你这物理模型不对啊,我们知道的四种力,你不把万有引力当回事,只放进去其他三种,缺一种肯定不对,所以找不到。但是吧,如果把万有引力放进去,模型可就全乱了,所有验证过的公式都错了,诺贝尔奖都得退回去!肯定不能放进去。



当物理学家们四处碰壁的时候,就有人翻出了希格斯先生曾做出过的一个大胆的假说,希格斯先生认为决定物质质量的玻色子是一定存在的,但是它已经随着宇宙形成之初的大爆炸,一瞬间融入到所有物质当中了。

一般来说我们都知道0就等于什么都没有,可是放在代数里,0就是正数与负数之间的一个中间数字。希格斯先生认为,如果把万有引力带入数学模型,并且令它的质量等于0。那当这一切发生的时候,这个物理模型就会产生一种自我破缺式的共振,从而自身产生质量!



在上个世纪,多数人的心里还有着,宇宙无边无际,时间无始无终的概念,但在当今的科学界,宇宙大爆炸理论,已经成为了天体物理学界的圣经。当天体物理学家利用光的多普勒效应观察宇宙时,发现宇宙中所有的星系都存在红移现象,它们都在以越来越快的速度离我们远去。简单的来说,就是通过光学仪器观测,离我们远去的物体会呈现红色,朝我们而来的物体会呈现蓝色。那么通过这一观测逆向的推算,就得出了宇宙是由一个密度无限大温度无限高的奇异点发生大爆炸后所产生的这一理论。

得到启发的CERN实验室,通过强子对撞机模拟宇宙大爆炸以及诸多更深入的实验后,于2013就对外发表了学术报告,他们通过物理实验,暂时找到了上帝的粒子,那就是以希格斯先生命名的希格斯玻色子。由于这种粒子非常的不稳定,衰变的极其迅速,只能短暂的捕捉到。所以这里用了暂时找到的说法。



然而在发现希格斯玻色子的同时,他们仿佛在量子力学的世界推开了一扇崭新的大门,门的后面,是整个宇宙!是的,毫不夸张的说,希格斯玻色子可能非但没有随着宇宙大爆炸消失,反而正是因为它的存在,为许多基本粒子赋予了质量。从而组成了希格斯场。又正是因为希格斯场的存在,才使我们的整个宇宙得以保持稳定。它们就好像房屋的钢筋水泥一般,撑起了整个宇宙。是当之无愧的上帝粒子。



这一惊人的发现,也使得超对称理论中,对于研究暗物质的形成有了非常大的影响



在一片广阔无垠的宇宙中,一艘星际飞船上,一个第一次进行星际旅行的孩子激动的问父亲,为什么我们能一瞬间就从银河系到达仙女星系呢?父亲微微一笑,娓娓道来。大约在几百年前,有个伟大的CERN实验室。他们第一次发现了希格斯玻色子,并且通过它掌握了以暗物质作为能源的技术。这也许只是一部科幻片,也许就是我们人类的未来!



在这个世界上唯有艺术与科学,是无国界的,无论是霍金先生,还是杨振宁先生,他们为科学所做出的贡献,都是同样造福着全人类

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