標(biāo)準(zhǔn)模型理論——“A universe made for me? Physics, fine-tuning and life (宇宙是為我定制的嗎艘策?物理學(xué)蹈胡,微調(diào)和生命)”—— Geraint Lewis


不知道是否是小時(shí)候科幻電影看得比較多,時(shí)常覺得世界是一個(gè)大的程序框架朋蔫,程序員設(shè)立了各種程序運(yùn)行最基本的規(guī)則罚渐,如牛頓力學(xué)、量子力學(xué)驯妄、智能方程等【由于自己理論水平不足荷并,不太清楚解釋世界各方面最重要的一些物理學(xué)基本公式】,又設(shè)計(jì)出最基本的粒子【哎青扔,不知道是啥】源织,然后讓整個(gè)程序開始運(yùn)轉(zhuǎn),于是基本粒子按照規(guī)則慢慢演化微猖,逐步形成了現(xiàn)在的世界谈息,而人類目前一直在做只是去不斷的探索程序員設(shè)計(jì)的那些最基本的規(guī)則,而程序員就是所謂的上帝励两。

后來偶然聽到一篇萬(wàn)維鋼老師講述的來自《宇宙》雜志文章“A universe made for me? Physics, fine-tuning and life (宇宙是為我定制的嗎黎茎?物理學(xué)囊颅,微調(diào)和生命)”当悔,作者 Geraint Lewis 是悉尼天文學(xué)院的天體物理學(xué)家,讓我的思路又陷入了更深的泥潭之中踢代。

宇宙中的主要物質(zhì)是100多種原子盲憎,而原子又由質(zhì)子、中子胳挎、電子組成饼疙。再深入一步,你可以說質(zhì)子慕爬、中子都是夸克組成的窑眯。這樣宇宙的最主要構(gòu)成成分屏积,也不過就是六種夸克、六種輕子和四種基本的力 —— 按物理學(xué)家的說法叫做四種“相互作用” —— 包括引力磅甩、電磁相互作用炊林、強(qiáng)相互作用和弱相互作用【硪【瞬間感覺到物理學(xué)家的強(qiáng)大渣聚,大寫的服

現(xiàn)在物理學(xué)家已經(jīng)有一個(gè)非常厲害的理論,叫做“ 標(biāo)準(zhǔn)模型 ”僧叉,能夠把前面說的這些所有東西 —— 除了引力之外 —— 都描寫清楚奕枝,而且無(wú)比精確。標(biāo)準(zhǔn)模型有19個(gè)自由的參數(shù)瓶堕“溃【可惜標(biāo)準(zhǔn)模型還是有些解釋不了的,比如說暗物質(zhì)和暗能量捞烟,不過已經(jīng)很厲害了】這些參數(shù)不是理論計(jì)算出來的 —— 也就是說似乎沒有什么道理約束它們必須如此薄声,它們都是被實(shí)驗(yàn)測(cè)定出來的。物理學(xué)家不知道為什么這些參數(shù)恰好是這樣的數(shù)值题画。但是物理學(xué)家知道默辨,如果它們不是這樣的數(shù)值,我們這個(gè)宇宙可就麻煩了苍息。物理學(xué)家甚至有一個(gè)專門的詞來形容這件事兒缩幸,叫做“fine-tune”,也就是微調(diào)竞思。

下面我摘錄幾個(gè)參數(shù)讓大家一起體驗(yàn)一下參數(shù)的神奇之處吧表谊!

(1)“下夸克”的質(zhì)量

質(zhì)子是由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成,中子是由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成盖喷。下夸克比上夸克稍微重一點(diǎn)爆办,這導(dǎo)致一個(gè)單個(gè)中子的質(zhì)量要比單個(gè)質(zhì)子稍微大一點(diǎn)。質(zhì)量越大就越不穩(wěn)定——中子就是不穩(wěn)定的课梳,一個(gè)自由的中子只有15分鐘壽命距辆,過后就會(huì)衰變。原子核之所以穩(wěn)定暮刃,是因?yàn)橹凶佣喑鰜淼馁|(zhì)量變成了原子核的結(jié)合能跨算。而對(duì)比之下,單個(gè)質(zhì)子非常穩(wěn)定椭懊,似乎永遠(yuǎn)都不會(huì)衰變诸蚕。

這個(gè)事實(shí)非常重要。只有質(zhì)子穩(wěn)定,我們才能得到氫原子 —— 一個(gè)質(zhì)子加一個(gè)電子背犯。宇宙中90%的原子都是氫原子坏瘩。氫元素是一個(gè)非常活潑的元素漠魏,很容易和其他元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)桑腮,比如氫氣和氧氣反應(yīng)后產(chǎn)生水。你這個(gè)宇宙想要有生命蛉幸,就必須要有大量的氫原子破讨。如果我們把下夸克的質(zhì)量調(diào)高一點(diǎn) —— 一切物理定律都還有效,但是質(zhì)子可就不穩(wěn)定了奕纫。那樣的話提陶,宇宙將會(huì)由氦原子主導(dǎo),而氦原子非常不活潑匹层,這個(gè)宇宙里甚至可能根本就不會(huì)有什么化學(xué)反應(yīng)隙笆!當(dāng)然就不會(huì)有生命存在。但是問題來了升筏。是誰(shuí)規(guī)定的下夸克質(zhì)量必須是這個(gè)數(shù)值呢撑柔?

(2)引力大小

我們知道,恒星之所以能發(fā)光您访,是因?yàn)橐Π阉鼔嚎s在一起铅忿,巨大壓力之下產(chǎn)生的核反應(yīng)。如果把引力的強(qiáng)度調(diào)高灵汪,那么恒星的燃料會(huì)迅速燃盡檀训,不能長(zhǎng)久的存在。如果把引力調(diào)低享言,那么恒星的內(nèi)部壓力就不夠峻凫,根本發(fā)不了光。是誰(shuí)規(guī)定引力正好是這么大览露?

(3)宇宙膨脹問題

我們知道荧琼,宇宙中的物質(zhì),因?yàn)橐Φ淖饔貌钆#幸粋€(gè)向一起聚集的傾向命锄。而另一方面,暗能量則讓宇宙膨脹多糠。那么假設(shè)引力不變累舷,如果暗能量稍微強(qiáng)一點(diǎn)浩考,或者物質(zhì)稍微少一些夹孔,那么宇宙膨脹就會(huì)非常快,從大爆炸產(chǎn)生的物質(zhì)就沒有機(jī)會(huì)聚在一起形成各個(gè)星球搭伤。如果物質(zhì)多一些只怎,暗能量弱一點(diǎn),膨脹速度就會(huì)比現(xiàn)在的慢怜俐,那么宇宙可能就膨脹不開身堡,或者剛一膨脹就迅速收縮了。

我們這個(gè)恰到好處的宇宙拍鲤,膨脹速度似乎不快也不慢贴谎,需要讓物質(zhì)和暗能量“相互配合” —是誰(shuí)規(guī)定的宇宙中正好有這么多物質(zhì),又正好有這么強(qiáng)的暗能量季稳?

【沒錯(cuò)擅这,看吧此時(shí)若是有上帝的存在的話不就剛好可以解釋誰(shuí)在“微調(diào)”這個(gè)世界了嗎,可是這樣的話又是誰(shuí)在“微調(diào)”上帝的世界呢景鼠?轉(zhuǎn)圈圈啊~】不過現(xiàn)在已經(jīng)有一個(gè)這樣的理論仲翎,叫“M-理論”。M-理論的解釋是物理定律允許很多很多種 ——? 大概有10^500 種铛漓,其中絕大多數(shù)都不適合生存 —— 可能的宇宙存在溯香,人類只不過恰好生活在其中一個(gè)“適合人類生存的”宇宙里。這也是霍金在《大設(shè)計(jì)》一書中贊同的觀點(diǎn)浓恶。

不過這個(gè)說法并不能讓所有人滿意玫坛,在很多人看來,多宇宙解釋實(shí)在是太浪費(fèi)了包晰。為什么我們這個(gè)宇宙可能昂秃?因?yàn)椤耙磺薪杂锌赡堋保慷耪∵@跟把什么都推給上帝有多大區(qū)別肠骆?【糾結(jié)吧少年,這個(gè)題是沒有答案的,哈哈哈哈塞耕!】

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