現代物理學遭遇前所未有挑戰

英國《獨立報》網站在近日的報道中指出，物理學界最近出現了一種令人不安且飽受爭議的看法：我們正在逼近人類通過科學能了解身處世界的絕對極限。歐洲核子研究中心（CERN）的粒子物理學家哈利·克里夫在一次演講中表示：“未來幾年，我們可能會知道是否能對宇宙了解更多，或許，在漫長的科學史上，我們將首次遇到無法回答的問題。而且，更令我們害怕的是，導致我們逼近極限的原因并不是我們的大腦不夠聰明，或技術無法滿足，而由物理學本身所決定。”


　　在這次演講中，克里夫談到了“宇宙中存在最危險的兩個量”。這兩者決定了我們在宇宙間所看到的一切物質、結構和生命。他表示，倘若這兩個量出現任何“異常”，整個世界或許都將成為一個空虛無生命的地方。

　　第一個危險量：希格斯場的強度

　　克里夫所說的第一個危險量是所謂“希格斯場”強度的值。希格斯場是一種無形的能量場，當粒子暢游在希格斯場中時，會獲得質量并最終成為質子、中子以及電子等組成物質的基本單位。如果沒有希格斯場，我們就不可能存在。

　　確認希格斯場的存在源于2012年CERN的突破性發現。當時，物理學家在大型強子對撞機（LHC）中發現了一種新的基礎粒子——希格斯玻色子。根據理論，沒有希格斯場，就沒有希格斯玻色子。但希格斯場本身仍有很多令物理學家們困惑不已的未解之謎。

　　克里夫表示，依照愛因斯坦的廣義相對論和量子力學理論，希格斯場會表現出兩種狀態中的一種。要么是關閉狀態，這意味著宇宙各處希格斯場的強度值皆為0，如此一來，它就無法賦予其他粒子質量；要么是開啟狀態，意味著其值為“絕對大”。

　　但物理學家們并未曾見過這兩種場景。克里夫說：“實際上，希格斯場這盞燈只是微弱地點亮著。它的強度值不是0，但比完全值要小1億億倍，這有點像燈的開關被卡在接近關閉的位置上。這個值非常關鍵，如果它有任何細微的差異，那么，整個宇宙的物質世界都將不復存在。”

　　希格斯場的強度為何有著如此精妙而微弱的量值令人覺得匪夷所思。物理學家們現在把希望寄托在了“滿血復活且功能更強大的”LHC上，希望其能提供更靠譜的解釋。不過，迄今為止，科學家們仍然在這條漫漫征途上緩緩行進，且收獲甚微。

　　第二個危險量：暗能量的強度

　　克里夫所指的第二個危險量被物理學家們稱為“物理學史上最糟糕的理論預測”。這個危險的數值涉及到深空的深度和讓人抓狂的“暗能量”。

　　1998年，天文學家發現宇宙的擴張速度并非恒定，而是越來越快。顯然，太空中存在著一種看不見的力，導致宇宙加速膨脹，科學家們將其稱為暗能量，認為其占據宇宙總質能的70%左右。自此，暗能量成為廣受科學家青睞的“香餑餑”，因為它關系到宇宙的命運。

　　“我們并不知道暗能量究竟是何方神圣。”克里夫表示，“最好的解釋是，它是虛空自身的能量，即真空的能量。”

　　如果這是真的，那么，科學家們應該可以計算出虛空的總能量，從而得到一個代表暗能量強度的值。盡管理論物理學家們也這樣做了，但結果卻令他們抓狂。克里夫說：“暗能量的值應該為我們根據天文學方法觀察到的數值的10120倍，它比宇宙中任何數據都要大，為宇宙間原子總數的千萬億億倍。”

　　不過我們很幸運，暗能量比理論預測要小很多。如果按照理論模型，那么暗能量的排斥力將把整個宇宙撕裂，將原子緊緊綁在一起的基本力在其面前潰不成軍，星球、星系、恒星、行星都無法形成，我們所知道的任何生命都無法存在。

　　盡管如此，人們仍未能使用現有宇宙理論創建出一套與實際觀測匹配的暗能量測量理論，蒙在暗能量頭上的面紗仍未被掀開。看來，科學家需要對現有理論進行改進，從而找到理解暗能量和希格斯場的方法。

　　也許永無答案

　　如果能夠證實，我們的宇宙僅僅只是包含有數十億個其他宇宙的多重宇宙中的一個，那么，“我們或許就能理解這兩個危險值。因為，在多重宇宙的大多數宇宙中，要么暗能量非常強大，將那些宇宙撕裂；要么希格斯場足夠小，導致任何原子都無法形成。而我們恰好活在一個兩者都完美調和的宇宙中，我們是少數的幸運者。”

　　為了證明這一點，物理學家們需要找到新粒子，其可能會支持弦論等理論。弦論預測了多重宇宙的存在。

　　目前，最有可能發現新粒子的是LHC。但除此之外，中國科學院高能物理研究所的科學家正計劃到2028年建造一個“希格斯粒子工廠”，那將是一個長達52公里的地下環路，耗資30億美元，它能使正負電子發生對撞，對撞能量高達70TeV。無獨有偶，美國科學家也在計劃研制超大型強子對撞機（VLHC），據悉，VLHC的周長為100公里，碰撞能量更是高達100TeV。

　　克里夫說：“我們或許正在進入一個全新的物理學時代。在這個新時代，宇宙間很多奇特的事情我們無法解釋；在這個新時代，或許我們會找到一些線索，發現我們正生活在一個遠遠超出我們認知的多重宇宙中。”科技日報

神奇并不違反自然，它違反的只是我們對自然的了解。