无限的边缘

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从夸克到宇宙,物理世界的更广泛轮廓已经显现了几十年。这是否意味着物理学家即将把它都捆绑成一个整洁的包裹?完全不是。 就在你认为你了解一切的时候,宇宙开始显得最奇怪。

探测到似乎是希格斯玻色子的东西,完美地阐释了这个想法。位于日内瓦附近的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机为来自许多国家的物理学家提供了素材,他们致力于各种项目,但没有哪个项目比希格斯玻色子的证实(第 4 页)更重要或更令人期待。我们像墙上的苍蝇一样观察科学家们仔细研究用超灵敏仪器测量的小扰动数据,清楚地显示了答案如何引出更多问题。数据似乎证实了粒子物理学的理论基础——标准模型,但也揭示了现实与理论之间存在细微而重要的差异,为探索开辟了新的前景。

正如物理学家认为他们已经找到了物质的最小组成部分——微小的夸克和轻子——但迹象开始出现,表明仍然存在更小的粒子(第 12 页)。然而,它们存在的证据将使物理学陷入彻底的混乱。此外,科学家们从未完全理解中微子——一种幽灵般的粒子,它像雨点般落在地球上,但通常在我们和所有物质中穿过,而不会被注意到(第 20 页)。因此,中微子是通往新探索的另一条途径。


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从最大的尺度来看,科学家们感觉他们比以往任何时候都更接近于理解宇宙是如何开始和结束的(第 36 页)。然而,其他谜团仍然像以往一样深奥。暗能量有助于解释为什么宇宙继续以加速的速度膨胀,但它仍然是一个持久的谜题。现在一些科学家开始怀疑暗能量根本不存在。如果他们是对的,那么追溯到哥白尼的宇宙基本概念将需要彻底的修正(第 58 页)。

我们这个时代最引人入胜的智力问题之一仍然没有解决:我们如何将量子力学和广义相对论——非常小的和非常大的领域联系起来?物理学家斯蒂芬·霍金和伦纳德·蒙洛迪诺认为,这种与科学家们捉迷藏了几十年的“万物理论”可能永远遥不可及(第 90 页)。如果这让你感到悲伤,请考虑一下,量子力学,一种看似对我们所能知道和做的事情施加严格限制的《爱丽丝梦游仙境》理论,实际上可能会通过开辟一条通往洞察力的新途径来解放我们(第 102 页)。宇宙可能是有限的,但知识尚未被限定。

Fred Guterl 是《大众科学》的执行主编,也是《物种的命运》(Bloomsbury 出版社)的作者。 Guterl 曾任《新闻周刊》副主编。他的写作和编辑作品为他赢得了美国杂志编辑协会的众多奖项和提名。他在《发现》杂志上发表的文章《沙中的谜题》被美国科学促进会评为 1998 年最佳杂志文章,他在《新闻周刊》上发表的关于俄罗斯接受世界核废料计划的文章《荒地》获得了海外记者俱乐部环境写作奖。

更多作者:Fred Guterl
SA Special Editions Vol 22 Issue 2s本文最初以“Infinity's Edge”为标题发表于SA 特刊 第 22 卷第 2s 期 (), 第 1 页
doi:10.1038/scientificamericanphysics0513-1
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