理论教育 原初宇宙的重要性:研究粒子物理的关键

原初宇宙的重要性:研究粒子物理的关键

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:让物理学真的成为闭环,我们需要利用原初宇宙来研究粒子物理。一个办法是从粒子物理出发(毕竟和粒子物理相比,宇宙学还是一门年轻的学科。不幸的是,在我们目前了解的粒子物理标准模型中,并不存在发生暴胀的条件。这是用原初宇宙来研究粒子物理的一个大难题。原初宇宙与现在宇宙一脉相承的联结,使得我们有可能从宇宙中的星系分布中读取暴胀期间基本粒子相位的信息。

原初宇宙的重要性:研究粒子物理的关键

物理学真的成为闭环,我们需要利用原初宇宙来研究粒子物理。怎么才能做到这一点呢?

一个办法是从粒子物理出发(毕竟和粒子物理相比,宇宙学还是一门年轻的学科。宇宙学里许多分支都脱胎于基本粒子物理),通过我们现在对粒子物理的理解,去推测暴胀是如何发生的,以及在此过程中,是否有额外的现象可以反过来印证对应的粒子物理过程或理论。

不幸的是,在我们目前了解的粒子物理标准模型中,并不存在发生暴胀的条件。想要发生暴胀,或者粒子物理标准模型需要与引力之间有超乎寻常的关系;或者我们需要扩展粒子物理标准模型,去包含除已知粒子外更多的粒子,甚至除点粒子外其他形状的基本物体,例如弦和膜。麻烦在于,这些扩展粒子物理标准模型的方法太多了!目前已知的从粒子物理得到暴胀的模型至少有上百种。而粒子物理学家甚至建议我们可能需要从10100个可能的理论中挑选一个(弦景观假说)。从这么多的可能性中找到暴胀模型,就好比让旅行者在每一扇陌生的门上叩问,以寻找自己的家。除非有特别的运气,否则我们通过观测早期宇宙的遗迹,并不足以区分这些粒子物理模型。这是用原初宇宙来研究粒子物理的一个大难题。

不过,我们还有另一个办法:从宇宙学出发。我们暂且搁置“什么粒子物理现象会导致暴胀”的问题,而是着眼于“研究在暴胀期间,基本粒子会呈现出什么样的现象”这样的问题。这样,我们不必在意上百种暴胀模型和10100种可能理论,我们只需要专注于暴胀期间基本粒子的性质就可以了。(www.daowen.com)

根据量子力学,暴胀期间的基本粒子,就好比滴答作响、一圈一圈旋转的时钟一样,为我们记录下了它们的振荡信息。这种信息在量子力学中叫“相位”。原初宇宙与现在宇宙一脉相承的联结,使得我们有可能从宇宙中的星系分布中读取暴胀期间基本粒子相位的信息。

当古人仰望星空,凭借他们丰富的想象,把星星连成各种形状。想象它们代表的事物,想象它们之间的故事,想象它们金风玉露的相逢。

而现代的科学家们,也把星系连成各种形状,观测与计算它们的关联。目前,我们尚没有从这些关联中找到暴胀期间基本粒子的信息。不过,实验手段在进步,未来,通过宇宙学研究粒子物理可能在这里成为现实。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈