標準模型理論——“A universe made for me? Physics, fine-tuning and life (宇宙是為我定制的嗎?物理學,微調和生命)”—— Geraint Lewis


不知道是否是小時候科幻電影看得比較多,時常覺得世界是一個大的程序框架,程序員設立了各種程序運行最基本的規則,如牛頓力學、量子力學、智能方程等【由于自己理論水平不足,不太清楚解釋世界各方面最重要的一些物理學基本公式】,又設計出最基本的粒子【哎,不知道是啥】,然后讓整個程序開始運轉,于是基本粒子按照規則慢慢演化,逐步形成了現在的世界,而人類目前一直在做只是去不斷的探索程序員設計的那些最基本的規則,而程序員就是所謂的上帝。

后來偶然聽到一篇萬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?物理學,微調和生命)”,作者 Geraint Lewis 是悉尼天文學院的天體物理學家,讓我的思路又陷入了更深的泥潭之中。

宇宙中的主要物質是100多種原子,而原子又由質子、中子、電子組成。再深入一步,你可以說質子、中子都是夸克組成的。這樣宇宙的最主要構成成分,也不過就是六種夸克、六種輕子和四種基本的力 —— 按物理學家的說法叫做四種“相互作用” —— 包括引力、電磁相互作用、強相互作用和弱相互作用。【瞬間感覺到物理學家的強大,大寫的服

現在物理學家已經有一個非常厲害的理論,叫做“ 標準模型 ”,能夠把前面說的這些所有東西 —— 除了引力之外 —— 都描寫清楚,而且無比精確。標準模型有19個自由的參數?!究上藴誓P瓦€是有些解釋不了的,比如說暗物質和暗能量,不過已經很厲害了】這些參數不是理論計算出來的 —— 也就是說似乎沒有什么道理約束它們必須如此,它們都是被實驗測定出來的。物理學家不知道為什么這些參數恰好是這樣的數值。但是物理學家知道,如果它們不是這樣的數值,我們這個宇宙可就麻煩了。物理學家甚至有一個專門的詞來形容這件事兒,叫做“fine-tune”,也就是微調。

下面我摘錄幾個參數讓大家一起體驗一下參數的神奇之處吧!

(1)“下夸克”的質量

質子是由兩個上夸克和一個下夸克組成,中子是由兩個下夸克和一個上夸克組成。下夸克比上夸克稍微重一點,這導致一個單個中子的質量要比單個質子稍微大一點。質量越大就越不穩定——中子就是不穩定的,一個自由的中子只有15分鐘壽命,過后就會衰變。原子核之所以穩定,是因為中子多出來的質量變成了原子核的結合能。而對比之下,單個質子非常穩定,似乎永遠都不會衰變。

這個事實非常重要。只有質子穩定,我們才能得到氫原子 —— 一個質子加一個電子。宇宙中90%的原子都是氫原子。氫元素是一個非?;顫姷脑兀苋菀缀推渌禺a生化學反應,比如氫氣和氧氣反應后產生水。你這個宇宙想要有生命,就必須要有大量的氫原子。如果我們把下夸克的質量調高一點 —— 一切物理定律都還有效,但是質子可就不穩定了。那樣的話,宇宙將會由氦原子主導,而氦原子非常不活潑,這個宇宙里甚至可能根本就不會有什么化學反應!當然就不會有生命存在。但是問題來了。是誰規定的下夸克質量必須是這個數值呢?

(2)引力大小

我們知道,恒星之所以能發光,是因為引力把它壓縮在一起,巨大壓力之下產生的核反應。如果把引力的強度調高,那么恒星的燃料會迅速燃盡,不能長久的存在。如果把引力調低,那么恒星的內部壓力就不夠,根本發不了光。是誰規定引力正好是這么大?

(3)宇宙膨脹問題

我們知道,宇宙中的物質,因為引力的作用,有一個向一起聚集的傾向。而另一方面,暗能量則讓宇宙膨脹。那么假設引力不變,如果暗能量稍微強一點,或者物質稍微少一些,那么宇宙膨脹就會非???,從大爆炸產生的物質就沒有機會聚在一起形成各個星球。如果物質多一些,暗能量弱一點,膨脹速度就會比現在的慢,那么宇宙可能就膨脹不開,或者剛一膨脹就迅速收縮了。

我們這個恰到好處的宇宙,膨脹速度似乎不快也不慢,需要讓物質和暗能量“相互配合” —是誰規定的宇宙中正好有這么多物質,又正好有這么強的暗能量?

【沒錯,看吧此時若是有上帝的存在的話不就剛好可以解釋誰在“微調”這個世界了嗎,可是這樣的話又是誰在“微調”上帝的世界呢?轉圈圈啊~】不過現在已經有一個這樣的理論,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,其中絕大多數都不適合生存 —— 可能的宇宙存在,人類只不過恰好生活在其中一個“適合人類生存的”宇宙里。這也是霍金在《大設計》一書中贊同的觀點。

不過這個說法并不能讓所有人滿意,在很多人看來,多宇宙解釋實在是太浪費了。為什么我們這個宇宙可能?因為“一切皆有可能”?!這跟把什么都推給上帝有多大區別?【糾結吧少年,這個題是沒有答案的,哈哈哈哈!】

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