万物简史-第24章
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0年代的那些科幻故事。〃里面，大量小得多的别的粒子组成了相当于当地的星系和较小的结构，它们本身就是下一层次的宇宙，如此永远下去……一个逐步往里推进的过程，宇宙中的宇宙，永无尽头……往上也是一个样。〃 对于我们大多数人来说，这是个不可想像的世界。如今，即使看一本有关粒子物理学的初级指南，你也必须克服语言方面的重重障碍，比如：〃带电的π介子和反π介子分别衰变成一个μ介子加上反中微子和一个反μ介子加上中微子，平均寿命为03×10－8秒；中性π介子衰变成2个光子，平均寿命大约为×10－16秒；μ介子和反μ介子分别衰变成。。。。。。〃如此等等……而且，这段话还是从（通常）文笔浅显的作家斯蒂芬·温伯格为普通读者写的一本书里引来的。 20世纪60年代，加州理工学院物理学家默里·盖尔曼试图把事情简化一下，发明了一种新的粒子分类法，用斯蒂芬·温伯格的话来说，实际上〃在一定程度上使大量的强子重新变得一目了然〃……强子是个集体名词，物理学家用来指受强核力支配的质子、中子和其他粒子．盖尔曼的理论认为，所有强子都是由更小的，甚至更基本的粒子组成的。他的同事理查德·费曼想跟多利那样把这些新的基本粒子叫做部分子，但是没有获得通过。它们最后被称做夸克。 盖尔曼从小说《芬内根的觉醒》的一句话中取了这个名字：〃给马斯特·马克来三夸克（quarks）！〃（敏锐的物理学家把storks或larks作为该词的韵脚，尽管乔伊斯脑子里想的几乎显然是后者的发音。1）夸克的这种基本的简洁性并没有持续很久。随着人们对夸克的进一步了解，需要更细的分类。尽管夸克太小，不可能有颜色、味道或任何别的可以识别的化学特性，它们还是被分成六类……上、下、奇、粲、顶和底，物理学家们奇怪地把这些统称为它们的〃味〃；它们又进一步被分成红、绿和蓝三种颜色。（人们怀疑，这些名称原先在迷幻药时代在加利福尼亚州使用过。这不完全是一种巧合。） 最后，出现了所谓的标准模型。对亚原子世界来说，它实际上是一个元件箱。标准模型的组成成分是：6种夸克、6种轻子、5种已知的玻色子和1种假设的玻色子（即希格斯玻色子，以苏格兰科学家彼得·希格斯的名字命名），加上4种物理力中的3种：强核力、弱核力和电磁力。 这种安排其实说明，在物质的基本材料中有夸克；夸克由名叫胶子的粒子黏合在一起；夸克和胶子一起形成了原子核的材料，即质子和中子。轻子是电子和中微子的来源。夸克和轻子统称为费密子。玻色子（以印度物理学家玻色的名字命名）是产生和携带力的粒子，包括光子和胶子。希格斯玻色子也许存在，也许不存在；这完全是为了赋予粒子质量而发明出来的。 你看得出，这个模型真是有点儿笨拙，但这是可以用来解释粒子世界全部情况的最简单的模式。大多数粒子物理学家觉得，正如利昂·莱德曼在1985年的一部电视片里说的，标准模型不大优美，不大简明。〃它过于复杂，有许多过于武断的参数。〃莱德曼说，〃我们其实不明白，为了创造我们都知道的宇宙，造物主干吗要转动20个门把来设定20条参数。〃实际上，物理学的任务是探索最终的简洁性，而迄今为止的一切都乱成了美丽的一团……或者就像莱德曼说的：〃我们深深地感到，这幅图画并不美丽。〃 标准模型不但很笨拙，而且不完整。一方面，它根本没有谈到引力。找遍整个标准模型，你找不出任何解释，为什么放在桌上的帽子不会飞上天花板。为了赋予粒子以质量，你不得不引入假设的希格斯玻色子，它是否真的存在，要靠21世纪的物理学来解决。正如费曼所由衷地认为的那样：〃因此，我们对这个理论处于进退两难的境地，不知道它是对的还是错的，但我们确实知道它是有点儿错的，或者至少是不完整的。〃 物理学家试图把什么都扯到一起，结果想出来一种所谓的超弦理论。这种理论假设，以前我们认为是粒子的夸克和轻子，实际上都是〃弦〃……振动的能弦，它们在11维中摆动，包括我们已知的3个，维度再加上时间，以及7个别的维度，它们，哎呀，我们现在还无法知道。这种弦非常微小……小得可以被看成是点粒子。 txt小说上传分享
第十一章 马斯特·马克的夸克（3）
通过引入额外的维度，超弦理论使科学家能把量子定律和引力定律相对比较融洽地合在一起，但是，这也意味着，科学家关于这个理论的任何解释，听上去都会令人惴惴不安，犹如公园凳子上的陌生人告诉你某个想法，你听了会慢慢走开一样。比如，物理学家米奇奥·卡库是这样从超弦理论的角度来解释宇宙的结构的： 杂化弦由一根闭合的弦组成，它有两种振动模式，顺时针方向的和逆时针方向的，要以不同的方式来对待。顺时针方向的振动存在于一个10维空间。逆时针方向的振动存在于一个26维的空间，其中有16维已经被压实了。（我们知道，在卡鲁扎原先的5维空间里，第5维被卷成一个圈，已经给压实了。） 如此等等，洋洋洒洒350页左右。 弦理论又进一步产生了所谓的M理论。该理论把所谓〃膜〃的面，纳入了物理学世界的灵魂。说到这里，我们恐怕到了知识公路的站点，大多数人该下车了。下面引了《纽约时报》上的一句话，它以尽可能简单的语言向普通读者解释了这种理论： 在那遥远遥远的过去，火成过程以一对又平又空的膜开始；它们互相平行地处于一个卷曲的5维空间里。。。。。。两张膜构成了第5维的壁，很可能在更遥远的过去作为一个量子涨落产生于无，然后又飘散了。 无法与之争辩，也无法理解。顺便说一句，〃火成〃源自希腊文，意为〃燃烧〃。 现在，物理学的问题已经达到这样的一种高度，正如保罗·戴维斯在《自然》杂志里说的，〃非物理学家几乎不可能区分你是合乎常情的怪人，还是彻头彻尾的疯子〃。有意思的是，2002年秋，这个问题到了关键时刻。两位法国物理学家……孪生兄弟伊戈尔·波格丹诺夫和格里希卡·波格丹诺夫……提出了一种关于极高密度的理论，包括〃想像的时间〃和〃库珀…施温格…马丁条件〃这样的概念，旨在描述无，即大爆炸以前的宇宙……这段时间一直被认为是无法知道的（因为它发生在物理现象及其特性诞生之前）。 波格丹诺夫理论几乎立即在物理学家中间引起争论：它到底是胡说八道，一项天才的成就，还是一个骗局？〃从科学的角度来看，显而易见，它多少是彻头彻尾的胡说八道。〃哥伦比亚大学的物理学家彼得·沃伊特对《纽约时报》记者说，〃不过，近来，它跟许多别的文献没有多大区别。〃 卡尔·波普尔被斯蒂芬·温伯格称之为〃现代科学哲学家的泰斗〃。有一次，他提出，物理学很可能没有一种终极理论……每一种解释都需要进一步的解释，形成〃永无穷尽的一连串越来越基本的原理〃。与之相对的可能性是，这种知识也许是我们完全无法理解的。〃幸亏，迄今为止，〃温伯格在《终极理论之梦》中写道，〃我们的理智资源似乎尚未耗尽。 〃 几乎可以肯定的是，这个领域将出现更多的见解；几乎同样可以肯定的是，这些见解将是我们大多数人所无法理解的。 正当20世纪中叶的物理学家在迷惑不解地观测小世界的时候，天文学家发现，同样引人注目的是，对大宇宙的理解也是不完整的。 上次谈到，埃德温·哈勃已经确认，我们视野里的几乎所有星系都在离我们远去，这种退行的速度和距离是成正比的：星系离得越远，运动的速度越快。哈勃发现，这可以用个简单的等式来加以表示：Ho=v/d（Ho是常数，v是星系飞离的速度，d是它离开我们的距离）。 自那以后，Ho一直被称之为哈勃常数，整个等式被称之为哈勃定律。哈勃利用自己的等式，计算出宇宙的年龄大约为20亿年。这个数字有点儿别扭，因为即使到20世纪20年代末，情况已经越来越明显，宇宙里的许多东西……很可能包括地球本身……的年龄都要比它大。完善这个数字是宇宙学界一直关心的事情。 关于哈勃常数，惟一常年不变的是对它的评价意见不一。1956年，天文学家们发现，造父变星比他们认为的还要变化多端；造父变星可以分为两类，而不是一类。于是，他们重新进行计算，得出宇宙新的年龄大约为70亿年到200亿年……不是特别精确，但至少相当古老，终于可以把地球的形成涵盖其中。 在此后的几年里，爆发了一场旷日持久的争论，一方是哈勃在威尔逊山天文台的继承人阿伦·桑德奇，另一方是法国出生的、得克萨斯大学的天文学家热拉尔·德·沃库勒。桑德奇经过几年的精心计算以后，得出哈勃常数的值为50，宇宙的年龄为200亿年。沃库勒同样很有把握，哈勃常数为100。1这意味着，宇宙的大小和年龄只有桑德奇认为的一半……100亿年。1994年，情况突然变得更不确定，加利福利亚州卡内基天文台的一个小组根据哈勃天文望远镜的测量结果，提出宇宙的年龄只有80亿年……连他们也承认，这个年龄比宇宙里某些恒星的年龄还要小。2003年2月，一个来自美国国家航空和航天局及马里兰州高达德太空飞行中心的小组，利用一种名叫威尔金森微波各向异性探测器的新型卫星，信心十足地宣布，宇宙的年龄为137亿年，误差1 000万年左右。事情被搁置下来，至少在一段时间里。 若要作出最后的定论，难度确实很大，因为往往有很大的解释余地。想像一下，你夜间站在一片空地上，想要确定远处两盏电灯之间的距离。如果使用比较简单的天文学工具，你很容易确定两个灯泡的亮度一样，以及一个灯泡要比另一个灯泡远50％的距离。但是，你无法确定的是，较近的那盏灯，比如是37米以外的那个58瓦的灯泡，还是米外的那个61瓦的灯泡。此外，你还必须考虑到由几个原因造成的失真：地球大气的变化，星际尘埃，背景恒星对光的污染，以及许多别的因素。因此，你的计算结果势必是以一系列嵌套的假设为基础的，其中任何一个都可能引起争议。还有一个问题：使用天文望远镜总是代价很高，在历史上，测量红移要长时间使用天文望远镜，令人注目地花钱很多。很可能要花上整整一个夜晚才能获得一张底片。结果，天文学家不得不（或者愿意）根据少得可怜的证据就下了结论。在宇宙学方面，正如记者杰弗里·卡尔指出的，我们〃在鼹鼠丘似的证据上建立起大山似的理论〃。或者像马丁·里斯说的：〃我们目前的满足（于我们的认识状态）也许反映了数据的匮乏，而不是理论的高超。〃
第十一章 马斯特·马克的夸克（4）
顺便说一句，这种不确定状态适用于比较近的东西，也适用于遥远的宇宙边缘。当天文学家说M87星系在6 000万光年以外的时候，正如唐纳德·戈德史密斯说的，他们其实是在说它大约在4 000万…9 000万光年之间……二者不完全是一码事。大宇宙里的事情自然是被夸大的。有鉴于此，我们目前有关宇宙最好的估计似乎是120亿…135亿年之间，但距离意见一致还差得很远。 近来有人提出了一种很有意思的理论，认为宇宙根本没有我们原来以为的那么大；我们凝望远方所看到的有些星系，也许只是映像，是反射的光产生的重像。 实际上，还有很多东西我们不知道，甚至在很基本的层面上……至少不知道宇宙是怎么构成的。当科学家们计算使东西保持在一起所需的物质的量的时候，结果总是发现远远不够。宇宙的至少90％，也许多达99％，似乎是由弗里茨·兹维基认为的〃暗物质〃组成的……那种生性我们看不见的东西。我们生活在一个多半连看都看不见的宇宙里，而却毫无办法，想到这一点真让人觉得有点儿不是滋味。至少有两个主要嫌疑的名字受到注意：据说，它们不是〃WIMP〃（〃弱互相作用大质量粒子〃，即大爆炸留下的看不见的微小物质），就是〃MACHO〃（〃晕状大质量致密天体〃，实际上只是黑洞、棕色矮星和其他光线很暗的恒星的另一种说法）。 粒子物理学家往往赞成解释为粒子，即WIMP；天体物理学家赞成解释为星体，即MACHO。MACHO一度占了上风，但根本找不到足够的数量，所以风向又转向WIMP……问题是WIMP从来没有发现过。由于它们的相互作用很弱，因此很难识别它们（即使假设它们的存在）。宇宙射线会造成太多干扰。因此，科学家们必须钻到地下深处。�
