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背后隐藏的巨大秘密

科普小知识2023-09-24 11:48:57
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上帝的粒子是什么?

亲亲,别担心,慢慢听小编辑解释。

学习物理网的老师贾说:物理是一门古老的科学,它试图从最基本的层面去理解自然。这是早期哲学的一部分。那时,物理学关心一些关于世界起源的问题,例如什么是时间和空间?这些问题看似简单,但却极难回答。人们对这些概念的理解是非常曲折的。在漫长的历史岁月中,物理学一次又一次地回到这些问题上,就像航海的水手一次又一次地回顾灯塔一样。

对于几乎所有受过现代教育的人来说,最早接触质量的物理概念是牛顿力学,质量是决定物体惯性和重力的基本物理量。在牛顿力学中,没有质量的经典力学是不可想象的。牛顿第二运动定律指出,物体的加速度等于作用在其上的力除以其质量,所以没有质量的物体不知道如何运动,因为你必须除以零。同样,在牛顿引力定律中,物体的质量决定了它所施加的力的强度。我们不能用没有引力的材料来构造有引力的物体,所以你不能在不抵消引力的同时抵消质量。在一个由机械观点主导的时期,质量与空间和时间无关。这是力学中不可简化的概念。不可约意味着它是不需要的或者可以被简化为一个更基本的概念。因此,对质量起源的研究在那个时期基本上不存在。

后来物理学的发展使得质量的概念变得不那么原始。爱因斯坦的狭义相对论认为质量与物体的运动速度有关。随着速度的增加,物体的质量逐渐增加,这一点后来被证明了。物体的惯性和它所包含的能量有关吗?,导出m = E/c2,表明质量与能量有关,质量可以转化为能量,人们根据这个原理来制造原子弹。后来,在LEP中,人们发现当高能电子与高能正电子碰撞时,我们经常会观察到大量的粒子会随后产生,这些粒子的总质量可能是原始电子和正电子的几千倍。通过这种方式,我们真正从现实世界的能量中创造质量。

质量如何?科学家们也逐渐加深了他们对物体微观组成的研究。自从1897年英国物理学家汤姆森发现电子以来,他们就开始了对现代物质起源的探索。从那以后,质子和中子等亚原子粒子相继被发现,并被称为基本粒子,这意味着它们是构成物质世界的最基本单位,是不可分割的。然而,通过高能物理实验,物理学家发现了越来越多的微观粒子。此时,物理学家不禁要问:会有这么多基本粒子吗?为什么这些粒子的质量如此不同?

1964年,英国物理学家彼得·希格斯发表了一篇学术理论文章,提出了粒子场的存在,并预言了玻色子的存在,玻色子可以吸引其他粒子,从而产生质量。他认为这个玻色子是物质质量的来源,也是电子和夸克质量形成的基础。其他粒子在由这个粒子形成的场中游泳,并产生惯性,反过来形成质量,形成一个广阔的世界。希格斯相信在137亿年前的大爆炸中形成了一个看不见但普遍存在的场,希格斯玻色子就存在于这个场中。当一些粒子遇到希格斯玻色子时,它们会减速并获得质量,而另一些粒子会不受阻碍地继续前进。

根据希格斯模型,基本粒子与不可见且无处不在的场相互作用以获得质量。粒子和希格斯场的相互作用越强,质量就越大。这里还有一个有趣的故事。科学家很难向英国*解释希格斯场,所以1993年,英国科学大臣威廉·沃尔多夫要求科学家在一页纸里向他解释希格斯场。沃尔多夫向获胜者赠送了一瓶香槟,其中包括伦敦大学学院的物理学家大卫·米勒。米勒把希格斯场比作一个房间,在这个房间里,为政治家聚会服务的一大群工作人员平均分散在各处。一个不重要的人可以不受阻碍地穿过人群。然而,如果当时的英国首相玛格丽特·撒切尔(Margaret Thatcher)在场,她肯定会吸引很多注意力:党内工作人员会围在她周围,减缓她的旅行速度,让她带去一些“品质”。

没有希格斯玻色子,宇宙将是一个寒冷、黑暗、没有生命的死亡之地。由于希格斯粒子的根本重要性,物理学家称其为“上帝粒子”。英国爱丁堡大学的教授彼得·希格斯被授予诺贝尔物理学奖,因为这个粒子的存在最早是在20世纪60年代被预言的。

希格斯玻色子被认为是人类理解宇宙的关键。物理学家认为希格斯玻色子给出了构成原子的粒子的质量。没有质量,这些粒子将以光速穿过宇宙,并且不能连接在一起形成原子,原子是构成宇宙万物的基本单位,从行星到人类。

希格斯粒子,让我们离上帝只有一步之遥。