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有了这句话,我们的故事就要结束了,因为我们已经到达了知识的边缘。已知领域并不是科研工作者的舞台。如我们在本书开头所看到的那样,量子理论以其困难性和完全对立的怪异性而著称;它对组成物质的粒子行为的掌控是相当宽松而自由的。但笔者所描述的一切,除了这最后一章的内容,都已被专业人士所广泛了解和理解。我们跟随着证据而非常识被引向了一个理论,它显然能描述极广泛的现象,从热原子发出的彩色条纹,到恒星内部的核聚变。将这一理论付诸应用,得到了20世纪最重要的技术突破——晶体管;如果没有量子世界观,就无法解释这个装置的运作。
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但量子理论远不止是单纯在解释能力上的胜利。在量子理论与相对论的包办婚姻中,反物质作为理论上的必需品出现,并不出所料地被发现。自旋,作为亚原子粒子的基本特性,以及支撑原子稳定性的基础,同样是为满足理论一致性而得到的理论预言。而现在,在第二个量子世纪,大型强子对撞机航向未知的海域,探索真空本身。这就是科学的进步;谨慎地逐步建构一套传统,用以解释和预测现象,并改变我们的生活方式。而这正是科学与其余一切的区别。它并不简单地是另一种观点;它揭示出一种不可想象的现实,即使对那些想象力最扭曲、最超现实的人也是这样。科学是对现实的研究,而如果现实是超现实的,那就这样吧。没有别的例子比量子理论更能展示科学方法的力量了。如果没有最严谨细致的实验,就没有人能想出它;而建立它的理论物理学者,为了能解释眼前的证据,也要能够暂时舍弃其内心深处舒适区中的信念。也许真空能量的谜题预示着新的量子旅程,也许LHC会提供新的、费解的数据,也许本书中的所有东西都会被证明只是某种更深刻图景的近似;这趟理解我们量子宇宙的激动人心的旅程还在继续。
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当我们开始考虑编写本书时,我们花了一点时间来争论如何结束它。我们希望找到一个例子,来展现量子理论的智识和实践的力量,并让最有疑虑的读者也能相信,科学确实能以精致的细节描绘出世界的运作方式。我们都同意这样的例子是存在的,但它的确涉及一些计算——我们已经尽最大努力,使你不必仔细研究方程,也能跟上推理;但确实得有所预警。我们的书到此为止。如果你还想再来一点,我们认为,接下来的这些是量子理论力量的最壮美的展示。祝你好运,旅途愉快。
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[226]来自法语Conseil europé en pour lareche rchenucl éaire,通指欧洲核子研究中心。
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[227]Jura Mountains,又译汝拉山,位于西阿尔卑斯山以北,主要位于法国和瑞士境内。LHC最西端位于该山脉内。
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[228]这是2011年第一次运行的数据。在2015年开始的第二次运行中,每秒对撞数已经达到10亿。
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[229]Kaluza-Klein excitation。西奥多·卡鲁扎(Theodor Kaluza)1885年生于今属波兰的奥波莱,1954年卒于下萨克森州哥廷根,德国物理学家和数学家。奥斯卡·克莱因(Oskar Klein),1894年生于丹德吕德,1977年卒于斯德哥尔摩,瑞典物理学家。
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[230]techniquark,是技彩(technicolour)理论预言的粒子。技彩理论和希格斯机制类似,也能赋予质量。由于人们发现了希格斯玻色子,技彩理论和技夸克已经基本上被排除掉了。
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[231]leptoquark,是存在于某些标准模型的扩充理论中的假想粒子,能让轻子和夸克互相转化。
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[232]这是夸张的说法,“只由四种粒子构成”一说并不完全准确。例如,可以认为质子中也存在奇夸克。
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[233]中微子又译微中子。
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[234]这是夸张的说法,由于一种叫中微子振荡的现象,来自太阳的中微子并不都是电子中微子。
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[235]亚瑟·爱丁顿,1882年生于肯德尔,1944年卒于剑桥,英国天体物理学家、数学家。
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[236]出自爱丁顿著《恒星内部结构》(1927年初版)一书第XI章《恒星能量的来源》第209节。
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[237]根据夸克模型,质子由两个上夸克和一个下夸克构成,而中子由一个上夸克和两个下夸克构成。
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[238]氘也是一种氢元素,其核内含有一个质子与一个中子。核内只含一个质子的氢也叫作氕。
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[239]一个“事例”就是一次质子—质子对撞。因为基础物理学是一种计数的游戏(它靠概率干活),需要不断让质子对撞,以积累足够数量的罕见事例,而希格斯粒子就是这样产生的。足够的数量是多少取决于实验者对于消除假信号的技巧有多么自信。(原书注)
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[240]希格斯玻色子已于本书完成后的2012年在LHC中被宣布发现了。
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[241]我们能把一个有质量的粒子看成是带上了“折点”规则的无质量粒子,是因为这样一个事实:P(A,B)=L(A,B)+L(A,1)L(1,B)S+L(A,1)L(1,2)L(2,B)S2+L(A,1)L(1,2)L(2,3)L(3,B)S3+…,其中S是与折点有关的收缩系数,并且这个式子应理解为,对所有可能的中间位置1、2、3等的求和。(原书注)
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[242]彼得·希格斯,1929年生于英国泰恩河畔纽卡斯尔,英国理论物理学家。
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[243]罗伯特·布罗特,1928年生于美国纽约,2011年卒于比利时布鲁塞尔,比利时理论物理学家。
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[244]弗朗索瓦·恩格勒,1932年生于埃特尔贝克,比利时理论物理学家。
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[245]杰拉德·古拉尼,1936年生于美国艾奥瓦州锡达福尔斯,2014年卒于罗得岛州普罗维登斯,美国理论物理学家。
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[246]卡尔·哈庚,1937年生于芝加哥,美国物理学家。
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[247]汤姆·基博尔,1932年生于今天的印度泰米尔纳德邦金奈,2016年卒于英国伦敦,英国理论物理学家。
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