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1700910844 答案在于,在整个宇宙中,所有的基本粒子,都诞生于同一个背景场中,也会在任何时候被同一个背景场所吞噬湮灭:某个量子场的真空。那些不可见的、充满我们整个宇宙的背景海洋。
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1700910846 所有的电子都是电磁场完全相同的表现,它们都诞生于电磁场的真空之中,并在此中传播。光子也一样。
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1700910848 每次电子出现,成为实体,就像是它周围的电磁场真空踢了一脚,把它从幽灵般的昏睡状态中唤醒。每次胶子出现,背后的原因是强相互作用场真空中一些能量的增加或减少。每次放射性衰变发生,弱相互作用场的真空都会牵涉其中,发射出它的基本中微子。真空中能量越多,它能产生的基本粒子就越多。
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1700910852 很好,一切顺利,让我们继续:看起来所有的场都有相同的行为,它们都遵循同样的规则。那么引力又如何?
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1700910854 在每一个引力起作用的地方,也都有一种引力场在起作用,虽然这种场有些不一样,至少现在被认为如此,因为没有人知道怎么把它变化为量子场。后面你会看到,没有人知道如何让粒子从引力场真空中出现而不带来灾难性的后果。但如果这的确可能,引力场就会牵涉到某种粒子,像其他场一样,出现在引力场中成为引力携带者。这些粒子被称为“引力子”。它们尚未被发现,时空弯曲依然是描述引力行为的最佳方式。
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1700910856 就算没有所谓的引力子,甚至就算引力或许不具有量子属性,但引力场也的的确确是一种场。这使得人类用来描述他们至今所知道的一切所使用到的场的数目是四个。
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1700910858 但为什么是四个?
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1700910860 为什么要有四种基本的场?
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1700910862 为什么不用5种或者10种或者42种或17,092,008种场来解释自然界的行为?
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1700910864 它们所对应的真空又如何?它们只是在所有的地方都和平共处却对其他场的存在毫不在意?听起来很奇怪,不是吗?如果只有一种场,生活不是更简单?
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1700910866 是的。
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1700910868 简单性是理论物理学家非常热切地想要追寻的东西。它甚至激发了他们的想象力,这也就是他们为什么动足脑筋试图把那四种已知的场统一到一种。
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1700910870 一种场统治一切,你或许想说。
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1700910872 但是,说起来容易,做起来就难了。
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1700910874 每种场的基本粒子甚至都不同,而且其中之一(引力场)的基本粒子甚至还没有被探测到。
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1700910876 还要考虑激发一个场产生的结果与激发另一个场产生的结果不一样。它们还各自带有不同的电荷。事实上,它们都有着不同的性质:电磁场的效应具有长距性,既可以产生吸引,也能产生排斥,但引力场只有吸引,强相互作用场的效应又是非常短距离,还有……
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1700910878 再有……
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1700910880 要将两种材料变成合金,我们需要将两者加热。两者被加热到足够高温度后会熔化并混合成一种全新的材料,将原先的两种材料同时包含。
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1700910882 要让场融合起来,可以用同样的办法。但所需要的能量大得无法想象——高达一千万亿度的温度才能让电磁场与弱核力场统一成同一个。
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1700910884 一千万亿度绝对已经超出了我们今天所了解的宇宙范围了。
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1700910886 但未必一直如此。
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1700910888 事实上,这么巨大的能量的确存在过,在很久很久以前,到处都是。那时宇宙还年轻,体积也更小。萨拉姆、格拉肖与温伯格试图在纸上推算出当时自然的表现,他们成功地合并了电磁场与弱核力场,因此发现了电弱场。他们发现在极端条件下,一个单一的场统治着现在由两个不同的场统治的世界:电磁力与放射性。
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1700910890 下一步是将这个新的场与第三个已知的量子场,那个统治夸克与胶子在原子核中相互作用的强相互作用场统一起来。如果能够成功的话,我们或许就能构造出那个被恰当地命名为“大统一理论”的东西。要实现这一点,我们需要更高的能量。
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1700910892 高多少?
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