质子的寿命是多长?是否存在超对称自然?拜托各位了 3Q

发布网友发布时间：2024-10-06 00:50

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热心网友时间：2024-11-16 01:47

表达物理世界特征的所有（可测量的）无量纲参数原则上是否都可以推算，或者是否存在一些仅仅取决于历史或量子力学偶发事件，因而也是无法推算的参数？爱因斯坦的表述更为清楚：上帝在创造宇宙时是否有选择？想象上帝坐在控制台前，准备引发宇宙大爆炸．“我该把光速定在多少”？“我该让这种名叫电子的小点带多少电荷”？“我该把普朗克常数--即决定量子大小的参数--的数值定在多大”？他是不是为了赶时间而胡乱抓来几个数字？抑或这些数值必须如此，因为其中深藏着某种逻辑？ 2. 量子引力如何帮助解释宇宙起源？现代物理学的两大理论是标准模型和广义相对论．前者利用量子力学来描述亚原子粒子以及它们所服从的作用力，而后者是有关引力的理论．很久以来，物理学家希望合二为一，得到一种“万物至理”--即量子引力论，以便更深入地了解宇宙，包括宇宙是如何随着大爆炸自然地诞生的．实现这种融合的首要候选理论是超弦理论，或者叫M理论--这是其名称的最新“升级版”，M代表“魔法”（magic）、“神秘”（mystery）或“所有理论之母”（mother of all theories）． 3. 质子的寿命有多长，如何来理解？以前人们认为质子与中子不同，它永远不会*成更小的颗粒．这曾被当成真理．然而在70年代，理论物理学家认识到，他们提出的各种可能成为“大一统理论”--该理论把除引力外的所有作用力汇于一炉--的理论暗示：质子必须是不稳定的．只要有足够长的时间，在极其偶然的情况下，质子是会*的．办法是捕捉到正在死去的质子．许多年来，实验人员一直在地下实验室中密切注视大型的水槽，等待着原子内部质子的死去．但迄今为止质子的死亡率是零，这意味着要么质子十分稳定，要么它们的寿命很长--估计在10亿亿亿亿年以上． 4. 自然界是超对称的吗？如果是，超对称性是如何破灭的？许多物理学家认为，把包括引力在内的所有作用力统一成为单一的理论要求证明两种差异极大的粒子实际上存在密切的关系，这种关系就是所谓的超对称现象．第一种粒子是费密子，可以把它们粗略地说成是物质的基本组件，就像质子、电子和中子一样．它们聚集在一起组成物质．另一种粒子是玻色子，它们是传递作用力的粒子，类似于传递光的光子．在超对称的条件下，每一个费密子都有一个与之对应的玻色子，反之亦然．物理学家有杜撰古怪名字的冲动，他们把所谓的超级对称粒子称为“sparticle”．但由于在自然界中还没有观察到sparticle，物理学家还需要解释这种对称性“破灭”的原因：随着宇宙冷却并凝结成现在的这种不对称状态，在其诞生之际所存在的数学上的完美被打破了． 5. 为什么宇宙表现为一个时间维数和三个空间维数？这只是因为还没有想到一个可以接受的答案，只是因为除了上下、左右、前后，人们无法想像在更多的方向上运动．这并不意味着宇宙原本就是这样的．实际上，根据超弦理论，肯定还存在着另外六个维数，每一维都呈卷曲状，十分微小，因而无法察觉．如果这一理论是正确的，那么为什么只有这三个维数是伸展开来的，留给我们这个相对幽闭恐怖的空间呢？追问：用你自己的话告诉我宇宙终结的四种假设是什么回答：第一个假设：宇宙本身可能就是一个黑洞 ——如果我们生活在黑洞之中为了使我们的探讨更浅显易懂和富于趣味，我们就从这个最科普的话题开始谈起。天文学家们已经用了几十年的时间“寻找”黑洞。黑洞在天文学家的描述中和人们普遍的印象中是一个可怕的天体，它是一个质量非常密集的天体物质，由于任何物质都无法从黑洞中逃离，包括光也无法逃脱，因此黑洞是一个“黑”的宇宙中的洞穴。它不停吞噬周围的物质，甚至可能逐渐吞噬掉附近的恒星。任何掉入黑洞的物质都被撕碎、挤压成没有任何结构的“纯能量”，黑洞内部也没有任何结构可言。但是，如果我们身在其中的宇宙本身就是一个黑洞呢？实际上，根据标准黑洞的计算公式就可以推算出，质量越大的黑洞，半径就越大，其密度也越低。我在高中的时候就做了这么一个计算，如果假设宇宙是一个黑洞，我们把宇宙的半径代入这个公式中，就可以求得其质量，也可以换算出它的密度。由于宇宙的质量是一个较难把握的推算数据，而宇宙的密度却是一个比较客观的直接观测数据，我着重对密度的计算结果进行了对比。结果让我很惊讶——这个密度和我们实际的观测数据在相当的量级上。也就是说，虽然“我们的宇宙”密度相当地小，但相对于“我们的宇宙”这么大的质量，我们这个宇宙完全有可能符合黑洞的定义和要求。如果真是这样，我们其实就生活在一个巨大的黑洞之中！这样的一个新的阶段性结论与我们传统的黑洞理论非常不同。传统的黑洞理论认为，在黑洞内部不存在结构。但是，按照我的新的认识，黑洞的内部不但存在着结构，而且还很丰富多彩呢！（有星球、智慧生物……，一切就是我们所认识的宇宙的一切。）下面是具体的计算。黑洞的理论基础是：在一个力场中，如果物体达到光速都无法逃离，则没有任何物体能够逃离。因此把这种光都无法逃离的物体形象地命名为“黑洞”。黑洞理论最简单的一个模型是史瓦西黑洞，这样一个黑洞的半径与其质量有着直接的对应关系： Rs = 2GM / C^2 （公式1-1）其中：Rs ------黑洞的半径 G ------- 万有引力常数 M -------黑洞的质量 C --------光速。如果假设“我们的宇宙”是一个标准黑洞，用史瓦西半径公式可以算出目前的宇宙半径和宇宙质量的对应值：根据公式1-1， Ru = 2GMu / C^2 其中：Ru--------宇宙的半径 Mu---------宇宙的质量 G---------万有引力常数 C----------光速根据天文学的实际测量和大爆炸理论推算出的结果，目前普遍认为宇宙的半径应该介于137亿光年~780亿光年之间（当然，也许大爆炸理论本身并不成立，因此这些对宇宙半径的测算的基础是不准确的，但我们先按照目前这样一些数据进行计算）。如果宇宙半径Ru是137亿光年，则宇宙质量Mu对应为：8.745x10^55 g 如果宇宙半径Ru是780亿光年，则宇宙质量Mu对应为： 4.979x10^56 g 实际上，如果将黑洞假设为一个球体，则可以将史瓦西公式转换成黑洞的密度和半径之间关系的公式：因为：M=(4π/3)*Rs^3*ρ，代入公式1-1，则：1 = (ρ* Ru^2 ) *(4π/3)* 2G / C^2 （公式2-1）其中：ρ代表宇宙的密度，Ru代表宇宙的半径，G是万有引力常数，C代表光速可以看出，ρ与Ru^2成反比，也就是说，黑洞的半径越大，其密度就越小。如果宇宙半径Ru是137亿光年，则密度ρ对应为： 9.59x 10^-30 g/cm^3 如果宇宙半径Ru是780亿光年，则密度ρ对应为： 2.96x 10^-31 g/cm^3 这个数据与实际观测值在同个数量级或相差一个数量级之间。但由于普遍认为宇宙中存在大量没有被观测到的暗物质，以及宇宙半径的测量和计算方式的巨大差异，这个计算结果只能作为一个参考的依据。但是，假设“我们的宇宙”本身就是一个黑洞，则确实具有实质的研究价值和意义。即使传统的大爆炸学说是正确的，那么宇宙在爆炸后的很长一段过程中，或者在重新收缩后（广义相对论体系所描述的三种宇宙结局模型中，如果是闭合的）的一段时间之后，必然进入到黑洞的物理状态，而这个状态离宇宙起源或结束的那个“ 奇点 ”状态还相差得很远很远。因此，我们这个宇宙（曾经、现在、未来或者一直）是个黑洞这个判断看来即使是大爆炸理论的拥护者也难以拒绝。这种可能的理论实际给出了一幅完全不同的宇宙观。首先，我们所谓的宇宙，或者说“我们的宇宙”，实际上可以称为一个更大范围时空中的一个黑洞。也许，在我们这个宇宙（黑洞）之外，还有无数平行的宇宙（黑洞）存在，但我们却无法跨越这些黑洞，穿行于其间。“我们的宇宙起源”，就是我们这个黑洞的起始；我们的宇宙的终结，就是我们这个黑洞的终结。如果我们的宇宙本身确实是一个“黑洞”，那么，研究黑洞内的物理学规律、黑洞与黑洞间的物理学规律、以及黑洞内外物质间的物理学规律，将成为“黑洞力学”全新的组成部分，也成为“黑洞力学”中最基础和根本可能出现这三种结局中的一种：开放宇宙：宇宙大爆炸后膨胀，膨胀的扩张力远大于万有引力，宇宙将永无止境的膨胀下去。平衡宇宙：宇宙大爆炸后膨胀，膨胀的扩张力和万有引力大约相等，所以膨胀会越来越慢，最后以极其缓慢的速度膨胀下去。闭合宇宙：宇宙大爆炸后膨胀，膨胀的扩张力无法与万有引力抗衡，所以到达一定程度暴胀就趋于停止，从而开始与暴胀相反的坍缩。坍缩到最后，宇宙发生大挤压。如果是开放宇宙或平衡宇宙，宇宙不会毁灭；如果是闭合宇宙，大挤压后宇宙聚合成为奇点（和大爆炸之前的奇点一样），物质全部毁灭，一切空间和时间都不复存在。