上帝粒子:背後隱藏的巨大秘密

來源:搜狐教育 2016-04-01 16:00:00

什麽是上帝粒子?

親,不要著急,且聽小編慢慢解釋。

跟我學物理網賈蘭華老師說:物理學是一門試圖在最基本的層次上理解自然的古老科學,早期曾是哲學的一部分。在那個時期,物理學所關心的是一些有關世界本原的問題,比如時間、空間是什麽?這些問題看似樸素,回答起來卻極為困難,人們對這些概念的認識是及其曲折的,在漫長的曆史歲月裏,物理學曾經一次次地回到這些問題上來,就像遠行的水手一次次地回望燈塔。

對幾乎所有受過現代教育的人來說,最早接觸質量這一物理概念都是在牛頓力學中,質量是決定物體慣性和引力的基本物理量。在牛頓力學中,沒有質量的經典力學是無法想象的,牛頓的第二運動定律說,一個物體的加速度等於作用於其上的力除以它的質量,因此一個沒有質量的物體就不知道如何運動了,因為你要除以零。還有,在牛頓的引力定律中,一個物體的質量決定了它所施加的力的強度,我們不可能用沒有引力作用的材料構造出一個有引力作用的物體,所以你無法取消質量而不同時取消引力。在一個以機械觀為主導的時期裏,質量是和空間、時間無關的,是力學中一個不可約的概念,不可約就是不需要也不能夠約化為更基本的概念的,因此有關質量起源的研究在那個時期是基本不存在的。

物理學後來的發展使得質量的概念顯得不那麽本源了,愛因斯坦狹義相對論認為質量和物體的運動速度有關的,隨著速度增大,物體的質量也逐漸增大,這一論斷後來得到了證明。1905年在愛因斯坦的論文《一個物體的慣性是否和它所包含的能量有關?》,推導出了m=E/c2,說明了質量和能量有關,質量可以轉化為能量,人們根據這一原理製造了原子彈。後來在大型正負電子對撞機LEP中,人們發現,當一個高能電子和一個高能正電子發生碰撞的時候,我們常常觀測到事後會產生大量粒子,這些粒子的總質量可能是原來的電子和正電子質量的幾千倍。這樣一來,我們就真的在現實世界中由能量創造出了質量。

質量到底是什麽?科學家對物體的微觀組成研究也逐漸深入,從1897年英國物理學家湯姆生發現電子以來,就拉開了近代物質本源探索的序幕。此後,質子、中子等亞原子粒子相繼被發現,並被稱為基本粒子,意即它們是組成物質世界最基本的單元,是不可分的。但是,通過高能物理實驗,物理學家發現越來越多的微觀粒子,這時,物理學家不禁懷疑:基本粒子會有如此之多嗎,這些微粒的質量為什麽如此不同?

1964年,英國物理學家彼得·希格斯(P.W.Higgs)發表了一篇學術理論文章,提出一種粒子場的存在,預言一種能吸引其他粒子進而產生質量的玻色子的存在。他認為,這種玻色子是物質的質量之源,是電子和誇克等形成質量的基礎,其他粒子在這種粒子形成的場中遊弋並產生慣性,進而形成質量,構築成大千世界。希格斯認為,在137億年前的宇宙大爆炸過程中,形成一種無形卻到處存在的場,希格斯玻色子就存在於這個場內。當有些粒子在與希格斯玻色子遭遇時,它們會降低速度,獲得質量,而另一些粒子則會不受阻礙地繼續前進。

根據希格斯模型,基本粒子是跟一種看不見的、無所不在的場發生相互作用而獲得了質量,一個粒子與希格斯場相互作用越強烈,它擁有的質量就越大。這裏還有一個有趣的故事,科學家很難向英國政府解釋清楚希格斯場,所以在1993年,英國科學部長威廉·瓦多格列佛向科學家發起了挑戰,讓他們用一頁紙的篇幅向他解釋希格斯場。瓦多格列佛拿出了一瓶香檳獎給了獲勝者,其中就包括英國倫敦大學學院的物理學家戴維·米勒。米勒把希格斯場比作一個房間,房間裏均勻分散著一大群為政客聚會服務的工作人員。一個無關緊要的人可以不受阻礙地在人群中穿來穿去。然而,如果是時任英國首相撒切爾夫人到場,一定會吸引大量的關注:聚會工作人員會圍攏在她周圍,減慢她穿行的速度,使她帶上某種“質量”。

如果沒有希格斯玻色子,宇宙將是一個寒冷,黑暗,沒有任何生命的死亡之地。由於其根本的重要性,物理學家們將希格斯粒子稱作“上帝粒子”(Godparticle),英國愛丁堡大學教授皮特·希格斯(PeterHiggs)被授予了諾貝爾物理學獎,因為在上世紀60年代最早預言了這種粒子的存在。

希格斯玻色子被認為是人類了解宇宙的關鍵,物理學家認為希格斯玻色子給予了組成原子的粒子質量。倘若沒有質量,這些粒子將會以光速穿越宇宙,而無法連接在一起形成原子,後者是構成宇宙萬物的基本單位,大至行星小至人類

希格斯粒子,讓我們離上帝隻有一步。

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