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    宇宙万物的终极理论?

    | 2009-04-30

      我们问过几个不同领域的科学家有关他们认为当今最大的谜题是什么,然后,我们也加入了一些在我们自己脑子里的(疑惑)。这篇文章是LiveScience上每个工作日运营出的“最大谜团”系列15篇中的其中之一。

      古代哲学家认为风、水、火、土是宇宙最基本的元素,但从此对微小物质的研究就开始成长起来。物理学家继续将已知的宇宙切成粒子来研究从磁力学到何种物质组成了它们和它们是怎么保持稳定的万事万物。

      正如粒子的研究和他们的力量已经为人所知,尽管在力学分配世界中的显著的相似性导致了现代科学中极为重要的问题之一:是否有一个单一的理论足以描述一切呢?

      伊利诺斯州Batavia的费米实验室的一名理论物理学家Mark Jackson说到,“我们知道了许多有关宇宙的事,上至最初的能量爆发的几微秒,但再往前我们的物理学就无能为力了。”“但那些最初的时刻才是真正有意思的事情发生的地方。”

      Jackson说,如果一个理论可以设计来经得起对早期宇宙的不可思议力量以及具体化的重力的推敲,那么一个物理学的宇宙理论就可能变为现实。

      标准挫败

      物理学将粒子视为无限小的这个“标准模式”观点,有些是带有基本力量的。尽管它不能将重力置入考虑,(因而)变为了高能量的乱语?,这个经历了时间考验的理论仍是科学家们拥有的用于解释物理学的最佳工具。

      Michael Turner 是芝加哥大学的一名宇宙学家, 他说“你听过人们抱怨这个标准模型是多么地‘好’”“这是个不完整的模型,但我们仍不能找出它其中的缺陷。”

      Turner解释说,能否?发现一种叫希格斯介子(Higgs boson)的能够产生质量的微粒(mass-inducing particle),仍然是标准模型将要面对的下一个重大考验。如果发现了,那重粒子将会决定性的展示出像电磁性和放射性的特性们是同一力量中十分不同的方面。

      Turner 谈论起希格斯介子时说,“允许我们将它们结合起来是个奇迹,”它可能会在某天被发现是在粒子加速器的冲撞中将物质回绕成宇宙早期的紧密能量。

      在重力中被串成线

      这个标准模型的棘手之处在于,它对某些物理学家们来说太过了,不管怎样,它导致了包含极高能量的重力及工作的新理论们。

      也许他们之中最受欢迎的观念是弦理论,它将粒子们描述为能量以不同“频率”振动时所形成的股股绳索。为了解释粒子的点状性质,弦理论将弦全力打造为?10,11个维度---比现今确认的要多6、7个维度。

      这个理念于远观一个建筑有相似处。隔得很远时它看起来像一个点,但越向它靠近它就显得平面,最终成为一个三维的结构。被包裹在这个建筑里面的是额外的维度,他们越来越小:(充满了)管道,隐匿处和裂缝们。有了这些管道,在隐匿处和裂缝及其他类似地方的空间。?

      至今为止弦理论的不完善被证实多达11个小维度的存在是许多人悬而未决的谜题,但Jackson认为有些弦可以被伸展穿越宇宙而进入“超弦(空间)”---在今日的空间内的那些足够大的可探测出的(空间)。

      虽然现在缺少诸如此类的一个证据,Jackson对弦理论能历尽风雨有信心。

      “很难想象,宇宙中有两套不同的物理学理论。(那么)何时一个失效而另一个有效呢?”Jackson质疑道。“我们知道存在有量子力学和重力,所以似乎可以说存在有一个终极理论。我拿我的事业来打赌就是弦理论。”

      “超对称性”研究

      费米实验室的宇宙学家Scott Dodelson也发现了一个符合逻辑的统一理论,但并不认为从标准模式开始的一个巨大出发会需要以咒文召唤(的方式)来变出一个。

       “有两个基本途径;一是从下到上,收集数据,整理一个理论的碎片来让它更精美,”费米实验室的宇宙学家Scott Dodelson 说,“另一个途径是从上到下,创建一个精美的理论,然后向下发展数据。我把宝压在那些从下到上的人们---他们会着手收集数据,不怕麻烦---身上。”

      在任何一种情况下,物理学家们,理论学家们和宇宙学家们都很像,他们都在等待着高能实验能上线(联网),例如欧洲的大型强子碰撞型加速装置LHC。他们不仅希望找到冲撞粒子余波后的希格斯介子,同样也想找到“超级伴侣”粒子,Dodelson将之描述为超重的,更熟悉的电子、微中子和其他类似物质的隐藏亲缘(粒子?)。

      “至今它们还因为太重而不能被看见,”Dodelson说,将密集能量的像大型强子碰撞型加速装置LHC这样的机器增加进来,可能就足以将它们从冲撞粒子中“撞出来”。如果是这样的话,暗物质(宇宙中遗失的大团中的很多)的神秘性在创造出一个物理学上更强大的标准模型的条件下就可以被揭开了。

      “我们可能最终刺穿暗物质的“斗篷外衣”,在实验室中检测出超对称性粒子。”Dodelson说。“这会引进一个全新的粒子阶层,创造出一个新的标准模型。”

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