現(xiàn)代物理學遭遇前所未有挑戰(zhàn)

——“兩大量值”或?qū)㈤_啟物理學新時代

本報記者 劉 霞

今日視點

英國《獨立報》網(wǎng)站在近日的報道中指出，物理學界最近出現(xiàn)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?！?/p>

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(zhì)、結(jié)構(gòu)和生命。他表示，倘若這兩個量出現(xiàn)任何“異?！?，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(zhì)量并最終成為質(zhì)子、中子以及電子等組成物質(zhì)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(fā)現(xiàn)。當時，物理學家在大型強子對撞機（LHC）中發(fā)現(xiàn)了一種新的基礎粒子——希格斯玻色子。根據(jù)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(xiàn)出兩種狀態(tài)中的一種。要么是關閉狀態(tài)，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(zhì)量；要么是開啟狀態(tài)，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?？死锓蛘f：“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(zhì)世界都將不復存在?！?/p>

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(xiàn)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?nèi)匀辉谶@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(shù)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(fā)現(xiàn)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(jù)宇宙總質(zhì)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(jié)果卻令他們抓狂。克里夫說：“暗能量的值應該為我們根據(jù)天文學方法觀察到的數(shù)值的10120倍，它比宇宙中任何數(shù)據(jù)都要大，為宇宙間原子總數(shù)的千萬億億倍?！?/p>

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?nèi)晕茨苁褂矛F(xiàn)有宇宙理論創(chuàng)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?？磥?，科學家需要對現(xiàn)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(shù)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(shù)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(diào)和的宇宙中，我們是少數(shù)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(fā)現(xiàn)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(huán)路，耗資30億美元，它能使正負電子發(fā)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(jù)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(fā)現(xiàn)我們正生活在一個遠遠超出我們認知的多重宇宙中?！?/p>