当前位置:首页 > 信息发布

引力为什么在四大基本力中是最弱的?

微商货源信息发布   发布时间:2020-09-11   发布者:koubei5
引力为什么在四大基本力中最弱,我们要从标准模型说起

现在基本粒子和四大作用力的标准模型已经构成了现代物理学的两大支柱之一,随着希格斯玻色子的发现,我们已经解释了基本粒子质量的来源。可以说标准模型是一套很成功的科学理论,但这并不意味着科学已经结束,我们已经获得了宇宙真理的标准。只能说标准模型只完成了宇宙这个谜题的一部分。

我们知道在四大基本力中,弱力、电磁力和强力都非常重要,而且一个比一个强。这三种力的大小取决于相互作用的能量。但万有引力并非如此,我把这个问题称为理论物理学中最大的未解决问题:力的等级问题。

万有引力实际上比宇宙中所有已知的力平均要弱40个数量级。这意味着引力比其他三种力弱10^40倍。把这个数字写出来就是这样的:10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000,这个数字足够让我们感到震撼。

如果要让两个质子克服它们之间的库仑力,在万有引力的作用下聚集在一起,那么我们就需要“制造”一个重量是正常质子的10^20倍的质子。

如果我们想让上图中的反应发生,也就是将两个质子融合在一起,就需要10^56个质子提供的万有引力才能克服库仑力,这个质量也是一个恒星最少的质量!

我们不知道宇宙为何是这样运作的?为什么引力比其他力弱这么多?为什么“引力电荷”(即质量)比电荷或颜色电荷弱(夸克色荷)得多?

这就是力的等级问题。其实我们也有一些不错的解决方案,并且有一个工具可以帮我们验证方案的可行性!

大型强子对撞机能否为我们解决这个问题

到目前为止,大型强子对撞机(人类有史以来能量最高的粒子对撞机)已经在地球上的实验室条件下创造了前所未有的能量,并且收集了大量数据,准确地重建了碰撞点发生的一切。

大型强子对撞机包括创造以前从未见过的新粒子(如希格斯粒子)、我们熟悉的老标准模型粒子(夸克、轻子和规范玻色子),如果新粒子存在,大型强子对撞机可以产生任何可能超出标准模型的粒子。

目前有四种可能的方式可以解决层次问题。对于实验来说,如果这些解决方案中有任何一个是大自然所选择的,那么LHC将会找到它!目前还没有显著的统计结果有力地表明,在标准模型之外还观察到了任何新的物理现象。那么什么是可能的、合理的解决等级结构的方案?

1、超对称性,简称SUSY。

超对称性是一种特殊的对称性,它会导致正常物质的质量变大,引力的强度会变得与其他力相当,差异会被高度精确地抵消。超对称性还意味着,标准模型中的每个粒子都有一个对称的超粒子伙伴,并且有5个希格斯粒子和5个希格斯超级伙伴。这样就会给我们带来额外的质量。但是目前我们并没有发现超对称粒子的存在。

2、扭曲的额外维度。

这个理论认为引力和其他的力一样强大,但在我们的三维宇宙中不是这样。引力处在一个不同的三维空间中,引力与我们的宇宙在第四空间维度上有10^-31米的距离,这说明引力可能不完全作用在我们的宇宙中。而且这个理论可以提供一个可能的解释,解释为什么我们的宇宙一开始呈现出指数膨胀。

扭曲的额外维度就需要一组额外的粒子,称为卡鲁扎-克莱因粒子,这是存在额外维度的直接后果。值得注意的是,一项太空实验暗示,可能存在一个能量约为600 GeV的卡鲁扎-克莱因粒子,相当于希格斯玻色子质量的5倍。

当LHC达到最大能量时,一个质量低于1000gev的新粒子应该在这台机器的范围内。希望我们能发现这个额外维度的粒子。

3、大的额外维度。

额外的维度可以是“大的”,而不是扭曲的,因为大的维度相对于扭曲的维度只有10^-31米这么大。“大的”额外维度大约是毫米大小,这意味着新的粒子将开始出现在LHC能够探测到的范围内。同样,会有新的卡鲁扎-克莱因粒子,这可能是等级问题的一个可能的解决方案。

当然,对于力的等级问题,要么有一个完全不同的解决方案,要么根本没有解决方案;这可能只是自然界的一种方式,可能没有任何解释。

,

虽然,在平时我们感受不到空气的存在,但如果完全抽真空的话,一个大气压的压力却是大得惊人的。最为著名的例子,是两百多年以前,德国的一位市长为了证明空气的存在,用两匹马拉两个一人高的半球。这个由两个半球组成的球体被抽真空后,不仅粘合在了一起,而且竟然两匹马都没有把它们拉开。

上一篇:如果一人驾驶接近光速的飞船飞行一分钟后回到地球,还能再见到家人吗?

下一篇:太阳光到地球需8分钟,那在光子看来它花了多长时间?

 2    1 2 下一页 尾页


引力为什么在四大基本力中是最弱的?评论(共有 0 条评论)

我要点评引力为什么在四大基本力中是最弱的?
用户名: 密码: (游客无需填写密码)

验证码: 看不清楚,点击刷新 (如果提示验证码过期,请点击验证码刷新。)
【提交后需要审核】