來源:大紀元新聞
2007年10月5日
【大紀元10月5日訊】(大紀元記者魏德編譯報導) 當我們問不同領域的科學家,什麼是他們認為現今存在的最大奧秘, 答案可能不盡相同。LiveScience曾就同樣的問題得到15個答案,其 中一個「最大的奧秘」,就是宇宙是否存在一個統一的定律可以解釋 所有現象? 古老中國的先哲認為風、水、火和土是宇宙的最基本元素,但西方科 學則認為粒子才是基本元素,而對微觀物質的研究卻在近兩個世紀才 展開的。物理學家持續用粒子來描繪已知的宇宙,來描述包括磁性到 原子組成和它如何保持穩定狀態等一切現象。 眾所周知,量子力學是研究粒子及其作用力的一門學科,而量子力學 世界中驚人的相似性引爆了當今現代科學中最重要的一個問題:「有 沒有一個統一理論可以解釋所有現象?」 「我們現在的物理學在能量作用的頭幾微秒能夠瞭解很多關於宇宙的 東西,但之後它就不行了。」位於伊利諾斯州巴塔維亞(Batavia) 市「費米實驗室」(Fermilab)的理論物理學家傑克遜(Mark Jackson)說:「在那最初時刻正是真正有趣事情發生地方。」 如果一個理論能被架構成經得起宇宙初期難以置信能量的考驗,而且 還能夠把重力也考慮在內,那麼物理學上一個統一理論將成為現實。 標準挫折 物理的「標準模型」視粒子為無窮小的點,而某些粒子帶有基本的力 量。儘管「標準模型」事實上並無法包括重力,且在高能物理中顯得 無能為力,但這個經過時間檢驗的「標準模型」目前仍然是科學家解 釋物理現象的最佳工具。 芝加哥大學宇宙學家邁克爾?特納(Michael Turner)說:「您可能 聽見人抱怨標準模型不怎麼樣。它是一個不完全的模型,但我們卻找 不出它的缺陷在哪兒?」 特納解釋說,是否能夠發現一種叫希格斯介子(Higgs boson)的能 夠產生質量的微粒(mass-inducing particle),是標準模型將要面 對的重大考驗。如果希格斯介子被發現,那麼就會明確顯示像電磁性 和放射性等性質是相同作用力中真正不同的側面。 特納在談到希格斯介子時稱「它是能夠讓我們將不同性質結合在一起 的奇蹟。」他說,也許將來某個時候在粒子加速碰撞中會發現它。 重力之鉉 對於某些物理學家來說,頑固不化的標準模型簡直難以對付,但對於 其他一些人來說,它卻導致新理論的產生,而這種新理論能夠包容重 力和超高能物質行為。 或許這些新理論中最著名的要屬「超鉉理論」(string theory), 它將粒子描述為以不同頻率振動的能量鉉(strands of energy)。 為了解釋粒子的點狀本質,超鉉理論認為這些鉉能夠被包壓在10或11 維空間中,這個空間的維度比我們現在認識的要多出六到七個維度。 這種想法和從遠處觀看一個大廈是相似的。在遠距離它看起來像一個 點,但靠近看是平的,最後再靠近看是一個三維結構。被包裹在大廈 之內的是變得越來越小的更多的維度:管子,管子之內的角落和裂口 ,角落和裂口之間的空間等等。 目前為止超鉉理論尚存在無法證明多達11維空間的缺陷,使得許多人 對此理論有所保留,但傑克遜認為一些鉉可能已經橫跨宇宙而成為「 超鉉」,這些「超鉉」大到足以在現在從空間中探測出來。儘管當前 缺乏這樣的證據,傑克遜確信超鉉理論將能夠經得起考驗。 傑克遜推理道:「很難想像宇宙會有二套不同的物理規則。如果有, 那麼何時關閉一套而啟動另一套?」他說:「我們知道有量子力學, 我們也知道有重力,因此似乎應該有一個統一理論。我拿我的事業作 賭注,我敢說那就是超鉉理論。」 尋找與暗物質有關的超對稱粒子 費米實驗室宇宙學家多德森(Scott Dodelson)認為存在一種統一 理論符合邏輯, 但他不認為產生一個統一理論需要極大地偏離標準 模型。 「基本上有兩種方法:一種是由下往上,即依照數據,將某個理論的 部份調理清楚,使它更加雅觀」多德森說:「另一方法是自上而下的 ,從一種典雅的理論開始再往下來對照數據」。 無論哪種情形,物理學家、理論學家和宇宙學家都同樣在等待像歐洲 的大型強子對撞機(Large Hadron Collider,LHC)開始運作,進行高 能實驗。他們不僅希望能夠在碰撞後微粒中發現希格斯介子,而且也 希望發現存在我們熟知的電子、中微子等粒子的「超級夥伴」,即那 些被多德森描述為超重、隱藏的粒子,而這些粒子被一些科學家認為 是隱藏在其它空間中,而且與目前已被科學家發現大量存在的暗物質 有關。如果像大型強子對撞機這樣的超高能物理設備能夠運行的話, 證實其它空間存在的那一天有望到來,因為只要將踫撞前後可測到的 物質質量作一盤點,如果有入不敷出的情況出現,那麼失去的質量就 可證明是遁入另外空間去而成為暗物質了。 針對這些「超級夥伴」,多德森說:「他們太重了,以至於到目前為 止尚未被看見」。多德森補充說:「像大型強子對撞機這樣機器產生 的強烈能量也許足以讓他們在碰撞微粒中『顯現』出來。如果是這樣 的話,在宇宙中神秘消失的暗物質的秘密就能被解開,同時還能創造 出一個更加強大的標準物理模型。」 「我們也許能刺穿神秘暗物質的『斗篷』,並且在實驗室裡測出超對 稱 粒子(supersymmetric particle)。」多德森說:「它將會呈現 一批嶄新的粒子,並且創造一個全新的標準模型。」 |