宇宙物理的存疑，需要更高的物理理念的产生

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#423头条知识节#
当今的科学理论框架已经不能够更好地解释世界了，因为很多宇宙的关键未解之谜，需要更好的理论框架来解释。包括中国在内的全球几十个国家三千个科学家参与、耗费百亿欧元的大型对撞机最近为希格斯粒子的存在找到大量证据，但目前来看还没有最终确定。如果确定了，谁又能保证这种对撞机模拟的是真实的宇宙粒子呢？有的科学家承认粒子模型已经过时，爱因斯坦相对论与量子理论是冲突的，在此基础之上的现代物理学急需新的物理理论来解释世界，为此爱因斯坦后半生一直在研究大统一理论，希望来更好的解释物理与宇宙现象，而史蒂芬霍金等世界顶尖科学家们也一直在探索大统一理论。


目前理论认为宇宙起源于137亿年前的一次大爆炸，这次爆炸是源于一个非常非常小、比电子还小的很多数量级别的点，在非常非常短的一瞬间、一个极小的空间内所产生的。关于宇宙大爆炸的证据其一就是宇宙微波背景辐射，它是大爆炸的余烬，但是很多迹象表明，我们所观察到的宇宙之外还有宇宙，那么宇宙大爆炸的逻辑性与起源就会存在更多的疑问，微波背景辐射是否能成为宇宙大爆炸假说的铁证呢？宇宙大爆炸的证据之二是目前科学家观察到的宇宙正在加速膨胀，这个观察是否正确？另外宇宙大爆炸证据之三的红移证据是否值得质疑？
爱因斯坦后半生一直致力于研究大统一理论，试图用一种理论统一目前的所有力。史蒂芬霍金与世界很多顶尖物理学家目前也在研究这一终极理论。史蒂芬霍金认为基于弦理论的M理论最接近这个万有理论。目前科学界公认的自然界的四种基本力为：万有引力、电磁相互作用力、弱相互作用力、强相互作用力。
我们现在所认知的物质，包括地球、太阳、银河系的各个星系加起来物质占不到宇宙的4%，剩余的23%属于暗物质，73%属于暗能量。暗能量与推动宇宙加速膨胀有关，暗物质参与到星系中的作用。对于宇宙来说，决定宇宙的并不主要是我们观察到的物质世界，而是暗物质与暗能量，但是人类对于两者的认识都是有限的，何时能解开暗物质与暗能量之谜，何时就会对我们宇宙规则有全新的认识，包括新的物理学规律。


量子理论已经诞生了一百年有余，它产生了令人信服的应用成果，但是它也带来了反直觉：量子具有波与粒子的双重性，就是波粒二象性。量子力学的不确定原理指出我们无法同时精确地获得一个物体的动量和位置。而非定域性让两个处于量子纠缠态的粒子的纠缠态同时崩溃，而不管它们相距多远。爱因斯坦就说过，尽管量子力学给他留下了非常深刻的印象，但是“一个内心的声音告诉我，它还不是真实的东西。”
一般人都认为对重力理论我们已经有很深刻的理解了，其实万有引力是宇宙中存在的最弱的一种力。物理学的标准模型不能解释它是如何发生的，理论家认为可能存在微小无质量的引力子在辐射引力场。万有引力不同于标准模型所描述的其他力，费米实验室的理论物理学家杰克逊说：“当你计算微弱的引力相互作用时，会得到愚蠢的结果，数学在它面前无效了。”
爱因斯坦在牛顿的万有引力理论基础之上加以改善，推出时空弯曲概念，从三维空间加上了时间，成为四维空间。他将引力的概念予以延伸，把引力作用范围也扩展到了比如地球、太阳系、星系等极其巨大的引力场和以接近光速的速度运动的物体。相对论主要思考的是宏观方面物体，这与量子力学是矛盾的。万有引力在原子级别上是可以忽略的，自然界中依旧存在着一些极端的条件，能够让引力和微小的物质发生亲密的关系。在黑洞研究里，相对论与量子理论成为必须面对的两个问题，必须需要有新的理论来重新解释。这就对相对论提出了新的要求，相对论是正确的么？否则为什么与量子理论相矛盾呢？


光速恒定以及光为最高速度是现代物理学的基础，粒子理论与弦理论、宇宙大爆炸理论等都是依赖于光速为最高速度为基础的，如果光速不为最高速度，那么物理学将必然面临新的改革。然而在早期的时候，物理学家们就都知道，量子纠缠本身就属于超光速现象，有科学家验证其速度可能为光速的万倍以上。
在黑洞的中心附近，大量的物质都被挤压到量子空间之内，在极小的距离之中，引力变得非常强大。同样的情况，在宇宙大爆炸前后密集的原始宇宙中也必定会出现类似的情况。物理学家史蒂芬霍金发现了黑洞的一个特别问题，我们需要将量子力学和万有引力结合在一起，然后才能够就任何东西得到一个统一理论。史蒂芬霍金认为任何东西，即便是光也无法从黑洞中逃出的断言严格来讲并不正确，黑洞周边的确在辐射出微弱的热能。根据他的理论，这种能量是黑洞附近的真空中的粒子——反粒子配对实体化时所产生的。在粒子和反粒子这对冤家再度重新结合并互相毁灭之前，距离黑洞较近的粒子就被吸入了黑洞，而距离稍远的那个则以热量形式逃逸出来。这种热量的释放与先前被吸入黑洞的物质和能量状态没有任何明显的联系，这就违背了一条量子理论中“任何事件都必须能够追溯到先前的事件”的定律。要解释这个问题，就需要新的理论了。
中微子是构成物质世界的最基本的粒子，分别是三种中微子：电子中微子，μ中微子和τ中微子，而每一种中微子都有与其相对应的反物质。中微子只参与非常微弱的弱相互作用，具有最强的穿透力，可穿越地球。在一百亿个中微子中只有一个会与物质发生反应，因此中微子的检测非常困难，宇宙中充斥着大量的中微子，大部分为宇宙大爆炸的残留物，太阳体内有弱相互作用参与的核反应每秒会产生1038个中微子。每秒钟至少会有数十亿个来自太阳的中微子穿过每个人的身体


希格斯粒子是粒子物理学标准模型中最后一种未被发现的粒子。在粒子标准模型中，希格斯场引起自发对称性破缺，并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。希格斯玻色子赋予了所有其他粒子质量，在宇宙大爆炸后对宇宙的形成起着决定性作用。然而长期以来，那些相信希格斯玻色子能够解释为什么物体有质量的物理学家们都无法找到希格斯玻色子。
最重要的就是宇宙生命起源，生命是如何诞生的，地球生命是孤立的吗？生命与物质之间存在何种关系，生命是物质的还是意识的。
2013年诺贝尔奖物理学奖揭晓，瑞典皇家科学院宣布，比利时理论物理学者弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯因预测希格斯玻色子的存在而获得2013年诺贝尔物理学奖。


长期以来，希格斯玻色子的踪迹占据着整个粒子物理学界的研究中心，也成为困扰物理学界的重大谜团。物理学标准模型预言了62种基本粒子的存在，其他粒子都已被实验所证实，只有希格斯玻色子未得到确认。由于它极其重要又难以找到，故被称为“上帝粒子”。作为最后一种未被发现的亚原子粒子，希格斯玻色子是解释物质质量之谜的最重要粒子。2012年7月4日科学家宣布发现了一个新粒子，与希格斯玻色子特征有高度吻合之处，这一发现不仅为上述两位科学家获得诺贝尔物理学奖奠定了基础，也成为探索“上帝粒子”漫长征程的里程碑。
尽管对于“上帝粒子”的研究已经曙光初现，但物理学家们并未放松研究的脚步。
科学界流传着一个段子：1900年，英国物理学家、绝对温标的制定者开尔文男爵断然宣称：“物理学已经走到穷途末路，再也不会有任何新发现，我们能做的只是进行一些越来越精确的测量。”
然而，令开尔文男爵绝对想象不到的是，现实无情地抽了这个预言一记耳光。他说这句话不到30年，言犹在耳，量子力学和爱因斯坦的相对论就彻底颠覆了物理学领域。今天，没有物理学家胆敢宣称我们对于宇宙学的知识已经接近饱和。相反，每个新发现似乎都打开了一个更大的“潘多拉的魔盒”，向人类提出更深层次的物理问题。


时间总是单一向前移动，比如鸡蛋打破就无法回复到为打破之前的状态，这是因为宇宙存在一种名为“熵”的属性。熵指的是体系的混乱程度，而且熵只能增加。熵的增加也有其逻辑性：粒子混乱的排列比有序的排列多，而且随着事情发生变化，粒子更容易陷入混乱中。但最根本的问题是，为什么过去的熵如此低呢？换句话来说，为什么宇宙开始如此有序，那时大量能量簇拥在一个非常小的空间内？
天体物理学的数据表明，宇宙时空可能是“平直”的，而非弯曲的，因此，它会永远继续下去。如果真是那样的话，那么我们能够看到的区域(我们将其称为“宇宙”)仅仅是一个无限大的“绗缝状多重宇宙”中的一小块吗？
同时量子力学法则也指出，每个宇宙片内，粒子可能的组合的数量是有限的(共有10的10次方的122次方)。因此如果存在着无限多的宇宙片，那么其间必然会重复出现相同的粒子组合——不断重复无数次。这就意味着，存在着无限多的平行世界：也就是说，与我们的宇宙一模一样的宇宙片；那也意味着，或许还有另外一个“你”以及一些仅仅一个粒子的位置与我们的宇宙不同的宇宙片、仅仅两个粒子的位置不同的宇宙片等等，直至与我们的宇宙完全不同的宇宙片，在广袤无垠的空间飘荡。
宇宙中物质的数量比与其电荷相反、自旋方向相反的“双胞胎”——暗物质的数量多？这一问题也可以理解成，为什么万事万物会存在？一种假定认为，早期宇宙中的能量应当混合生成了数量相等的物质和反物质，它们随后本来应该彼此湮灭的：质子会同反质子相互抵消；电子和反电子(正电子)、中子和反中子相互抵消等等，结果就是，在一个无质量的“苍天”里，只留下一片光子的海洋。


但事实却是，某种神秘而非常有用的机理让天平向物质一方倾斜，留下了足够的物质，从而形成了我们现在看到的布满恒星的星系、宇宙以及我和你。除此之外没有其他可以接受的解释。
原创首发。

原文地址：东方头条 ,无意在网上看到这篇文章，深有同感。所以分享。