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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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[248]南部阳一郎,1921年生于日本东京,2015年卒于日本大阪府丰中市,日裔美籍物理学家。
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[249]杰弗里·戈德斯通,1933年生于英国曼彻斯特,英籍理论物理学家。
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[250]菲利普·安德森,1923年生于美国印第安纳波利斯,2020年卒于普林斯顿,美国理论物理学家。
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[251]谢尔登·格拉肖,1932年生于麻省布鲁克莱恩,美国理论物理学家。
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[252]阿卜杜勒·萨拉姆,1926年生于今天的巴基斯坦章市,1996年卒于英国牛津,巴基斯坦籍理论物理学家。
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[253]这一点很微妙,源自“规范对称性”,它是基本粒子分枝和跳跃规则的基础。(原书注)
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[254]他非常谦逊,并不愿意用这个名字来称呼它们。(原书注)
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[255]这里对希格斯粒子的作用有些夸大了。例如,质子和中子的大部分质量都不是由希格斯机制贡献的,见下文。又如,暗物质对星系形成至关重要,而目前没有证据表明,它的质量也是由这种希格斯粒子贡献的。
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[256]这是109电子伏特,约等于质子和中子的质量。
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[257]得名于詹姆斯·焦耳,1818年生于英国索尔福德,1889年卒于今天的特拉福德,英国物理学家、数学家和酿酒师。
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量子宇宙 结语:恒星之死
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当恒星死亡时,许多恒星最终会变成极其致密的核物质球,与电子的海洋混合在一起,被称为“白矮星”。这将是我们的太阳在50亿年后耗尽核燃料时的命运,也是银河系中95%以上恒星的命运。只需用纸笔和一点思考,就能计算出这些恒星的最大质量。于1930年第一次完成这项计算的是苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡,他使用量子理论和相对论做出了两项非常明确的预测。其一,不出意外会有白矮星这样的东西:一个因泡利不相容原理而抵抗住自身引力挤压的物质球。其二,如果把注意力从那张涂满整篇的理论草稿纸上移开,抬头凝视夜空,那么我们应该绝不会发现质量超过1.4倍太阳质量的白矮星。这些都是极其大胆的预测。
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今天,天文学者已经将约10000颗白矮星编入目录。大部分的质量在0.6倍太阳质量左右,而质量的最大纪录正好低于1.4倍太阳质量。“1.4”这个数字,是科学方法的胜利。它依赖于对核物理、量子物理和爱因斯坦狭义相对论的理解,是20世纪物理学交叉分枝的成果。要算出它,还需要在本书中曾遇到过的大自然的各基本常数。在本章结束时,你会了解到,最大质量是由这个比率
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所决定的。仔细看看我们刚刚写下的东西:它由普朗克常数、光速、牛顿引力常数和质子质量所决定。我们可以用基本常数的这个组合来预测一颗垂死恒星的质量上限,这是多么美妙。在比率中,出现了引力、相对论和作用量量子的三方组合;它称为普朗克质量,而代入数值后,它大约55微克,大致是一粒沙子的质量。所以,令人震惊的是,钱德拉塞卡质量是在对两种质量的沉思中得出的,一种是一粒沙的质量,另一种是一个质子的质量。从这样微小的数字中,出现了一个新的大自然的质量尺度:一颗垂死恒星的质量。
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关于钱德拉塞卡质量是如何得出的,笔者可以做一份宽广的概述,但我们想要做得更多一点:我们想要描述实际的计算,因为这才能真正让人脊背发凉。我们无法算出精确的数字(1.4倍太阳质量),但可以接近它,并看到专业物理学者如何使用一系列精心设计的逻辑步骤,在过程中引用人所皆知的物理学原理,得出深刻的结论。并不会有信仰之跃;相反,我们将保持头脑冷静,缓慢而不可阻挡地被引向最激动人心的结论。
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