物理学家们选中了10个最为离奇古怪的物理学问题, 将这些问题解答清楚, 足够让他们耗费100年的时间去忙碌, 尽管不存在任何悬赏, 然而差不多解答其中任何一个问题, 都能够获得诺贝尔奖。
1、原则上, 表征物理世界的所有那些可测量的无量纲参数, 是不是都能够被推算出来, 还是说存在着一些参数, 它们仅仅取决于历史或者量子力学偶发事件, 所以是无法被推算出来的, 有这样的疑问存在吗。
爱因斯坦表述得更为清晰, 上帝创造宇宙时存在选择的情形吗, 设想上帝坐在控制台前沿, 筹备引发宇宙大爆炸, “我所应设定的光速该是怎样的数值呢”, “我该命这种称作电子的微小粒子带有几许电荷呀”, “我该将普朗克常数, 也就是决定量子大小的参数, 其数值确定为多大呢”, 他是由于赶时间从而随意选取了一些数字, 还是这些数值必定是如此样子的, 因当中蕴藏着某种逻辑?
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涵盖于现代物理学范畴之中的两大理论便是标准模型以及广义相对论, 前者凭借着量子力学来对亚原子粒子以及其所遵循的诸多作用力予以描述, 后者则是专门针对引力这一方面衍生出的理论, 在相当长的一段时期里, 物理学家心中都怀揣着一种期望, 那便是把这二者融合为一体, 从而由此获得一种可被称为“万物至理”范畴内之理论——确切地讲就是量子引力论, 以此达成深入更进一步去认知宇宙的目的, 关于宇宙是怎样随着大爆炸自然而然地诞生这方面内容的了解也包含在内。首要候选用来实现这种融合的理论是超弦理论, 又被称作M理论, 这是它名称的最新“升级版”, M代表“魔法”英文是“ｍａｇｉｃ”, 还代表“神秘”英文是“ｍｙｓｔｅｒｙ”, 亦代表“所有理论之母”英文是“ｍｏｔｈｅｒｏｆａｌｌｔｈｅｏｒｉｅｓ”。
3、质子的寿命有多长力学的代表物理学家，该如何理解？
以前, 人们觉得质子和中子不一样, 它从来都不会分裂成更小的颗粒, 这曾经被当成真理。可是, 在70年代的时候, 理论物理学家察觉到, 他们所提出的各种有可能成为“大一统理论”的理论, 而这个理论是把除引力之外的所有作用力汇集在一起的, 这暗示着: 质子肯定是不稳定的。只要时间足够久, 在极为偶然的状况下, 质子就会分裂。
办法是捕获即将消逝的质子, 多年以来, 进行实验的人员始终在地下实验室之中, 紧密留意着大型水槽, 等候原子内部质子的消亡, 然而直到如今, 质子的死亡概率为零, 这表明要么质子极为稳定, 要么它们的寿命漫长, 预估在10亿亿亿亿年之上。
许多物理学家持有这样的看法, 把涵盖引力在内的一切作用力统合成单一理论, 这得去证实两种差异特别大的粒子事实上存在着紧密关联, 而这种关联就是所谓的超对称现象。第一种粒子是费密子, 能够大致把它们讲成是物质的基本构成部分, 如同质子、电子以及中子那样。它们聚合在一起进而构成物质。又有一种粒子是玻色子, 它们是传递作用力的粒子, 跟传递光的光子相类似。在超对称状态下, 每一个费密子都有一个与之相对应的玻色子, 反过来也是如此。
5、为何宇宙呈现为一个时间维数和三个空间维数？
这单纯是由于尚未想出一个能被接受的答案, 单纯是由于除了上下、左右、前后之外, 人们没办法想象在更多的方向上去运动。这并不能意味着宇宙原本就是这般模样。实际上依照超弦理论, 肯定还存有着另外六个维数, 每一个维数都呈现卷曲状态, 超级微小, 所以难以被察觉出来。要是这一理论是正确的, 那么为什么只有这三个维数是伸展开来的, 给我们留下这个相对幽闭恐怖的空间呢?
直到最近, 宇宙学家一直觉得宇宙是以稳定速度在膨胀, 然而最近的观察却发现, 宇宙有可能膨胀得越来越快, 人们用一个称作宇宙常数的数字去描述这种轻微加速, 这个常数究竟是不是像人们早期所认为的那样是零, 又或者是一个非常小的数值, 物理学家目前没办法解释, 依据一些基本计算, 这个常数理应很大, 是我们观测结果的大约10到122倍, 也就是说, 宇宙应该是以跳跃般的速度在膨胀, 可人实际观察到的并非如此, 肯定存在某种机制在压制这种作用。要是宇宙的确是超对称性的, 那么宇宙常数就该全然被抵消掉。然而这种对称性, 要是真的存在的话, 好像已然破灭了, 要是这个常数随时间变动, 情形就会更复杂些。
7、M理论的基本自由度是多少, M理论的低能极限是11维的超引力, 它包含5种相容的超弦理论, 这一理论是不是真实地描述了自然, 这两者是不同方面的问题。
多年以来, 超弦理论最为突出的薄弱之处在于, 它存在着5个各不相同的版本。究竟是哪一个版本——倘若存在这样一个版本的话——能够对宇宙进行描述呢? 那些对该理论持有反对态度的人, 近期已然接纳了被称作M理论的、最为主要的11维理论框架。然而, 情形却因为这样而变得愈发复杂了。
在M理论出现之前, 所有被称作亚原子粒子的, 都被讲成是由微小超弦构成。M理论给构成亚原子的物质谱增添一种名为“膜”（ｂｒａｎｅ）的更为神秘物质, 其如同生理学上的膜那般, 不过最多具9个维数度。当前的问题是, 何为更具基础性的物质构成单位, 是膜构成了弦, 还是恰恰相反? 又或者另外存有一些更具基础性的物质单元, 只是人们未曾想到? 最终, 这两种事物之中是否有一种确实存在, 抑或M理论仅仅是一场迷人的大脑游戏?
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按量子理论来讲, 信息它这东西——不管它说的是粒子运动速度, 还是油墨颗粒构成文件具体啥样——是不会从宇宙里消失不见的。可里头的物理学家基普•索恩、约翰•普雷希尔还有斯蒂芬•霍金提了个固定的假设: 要是你一把大不列颠百科全书给扔到黑洞里会咋样? 宇宙里有没有别的一样的百科全书没啥关系。就像物理学里规定的那样, 信息可不等于含义, 信息就只是二进制数字, 或者是其他一些代码, 是拿来准确描述一个物体或者一种方式的。所以, 看上去, 那些特定书本之中的信息, 将会被吞没, 并且永远地消失。但是, 人们认为, 这是不可能的。
霍金博士坚信那些信息实实在在地消失了, 索恩博士也持有相同看法, 并且量子力学得针对此给出解释, 普雷希尔博士却推测信息实际上并未消失, 它或许以某种形态展示于黑洞表面, 就好像呈现在一个宇宙里的银幕之上。
按照最近的一种讲法, 重力实际上要大好多, 只因大部分重力陷入某一额外维数度里, 所以它仅仅看起来比较弱。要是能用高能粒子加速器捕获全部重力, 或许就有造就出微型黑洞的可能。虽这看上去会引发固体垃圾处理业的兴致, 然而这些黑洞极有可能刚形成就消逝了。
10、我们可不可以, 以定量的方式, 去理解, 量子色动力学里, 夸克与胶子的约束情况, 以及质量差距的存在状况呢?
描述强核子力的理论是量子色动力学, 也就是ＱＣＤ。携带这种力的是胶子, 它会将夸克结合成为像质子以及中子这般的粒子。按照量子色动力学理论来讲, 这些微小的亚粒子始终受到约束。你没办法从质子当中分离出一个夸克或者胶子, 原因在于距离越远, 这种强作用力越大, 进而会快速把它们拉回到原来的位置。
可物理学家尚未最终证实夸克以及胶子永远不能够摆脱约束, 他们同样不能够阐释为何所有能够感知强作用力的粒子必定最少具备一丁点儿质量, 为何它们的质量不可以是零, 有些人期望M理论能够给出答案, 这一理论或许还能够进一步明晰重力的本质。