读者回应 2021 年 10 月刊

《大众科学》2021 年 10 月刊的读者来信

October 2021 issue of 大众科学

大众科学,2021 年 10 月

μ子问题

在马塞拉·卡雷纳的“看不见的宇宙”一文中,描述了μ子(三种带电轻子之一)的观测行为与基于粒子物理学标准模型的计算之间 apparent 的差异。如果 μ子的差异是真实的,我预计 τ 轻子也会出现差异。

范·斯奈德,加利福尼亚州拉克雷森塔


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作为一位业余量子力学爱好者,我想知道 μ子的振动是否是引力波的影响——波峰和波谷。

吉姆·雅库布辛,通过电子邮件

卡雷纳在她的文章中指出,“星光是带电质子和电子之间电磁力作用的结果,在恒星炽热的表面释放光能。包括我们的太阳在内的这些恒星的热源是强力,它作用于质子和中子,产生核聚变。”

我想知道什么是热。热和热能是相同的吗?胶子是核聚变热量的来源吗?我还想知道什么是光。光和光能是相同的吗?光是光子在空间中传播吗?

内田博之,东京

卡雷纳回复:斯奈德提出了一个非常好的问题。实际上,μ子 g-2 实验结果最简单的解释是引入了一种新的力,这种力既影响 μ子和 τ 轻子,但不影响电子(第三种带电轻子)。这是因为量子力学的规则与最简单的新型力不一致,除非该力至少影响除 μ子之外的另一种粒子。μ子 g-2 结果的其他几种解释也涉及 τ 轻子,因此考虑我们如何在这些粒子的实验中看到一些东西非常重要。τ 轻子比 μ子更不稳定,并且更难在第一时间产生,但人们可以想象在未来建造一个针对生产它们而优化的粒子加速器——“τ 工厂”。

业余量子力学爱好者听起来像是一个非常好的职业!我们认为引力波的影响太弱,与 μ子 g-2 实验无关,但雅库布辛的建议与弦理论家正在尝试做的事情相去不远。他们声称我们看到的一切都是振动弦的结果,其中引力是一种振动,而我们在 μ子中看到的影响是其他类型的振动。如果这样一个统一的图景最终被证明是正确的,那么它最终可能是解释为什么应该有新的奇异粒子或力影响 μ子 g-2 的原因。

内田提出的问题值得长篇解答,但这是一个简短的总结:当我们说“热”时,我们几乎总是指粒子的动能,这些粒子可能是原子、分子或带电基本粒子的等离子体。动能只是意味着粒子正在快速移动。带电粒子(如电子)可以发射光子,光子是光粒子。这是一种将热能形式的能量转化为光能形式的能量的方式,就像在老式灯泡或太阳表面发生的那样。

我们太阳中的热量最初来自引力,引力在数十亿年前导致构成太阳的气体坍缩成一个巨大的热球。然而,一旦这个热球形成,太阳就开始通过称为核聚变的过程产生热量。

在这个聚变过程的第一步中,太阳内部的两个质子聚变成一个氘核,同时释放出一个中微子和一个正电子——电子的反粒子。然后氘核捕获另一个质子,形成一个氦同位素并释放出一个伽马射线光子。氘核是质子和中子的束缚态,束缚来自强力,强力由胶子携带。因此,事实上,太阳中的聚变能量产生需要胶子。

此外,由于两个质子中的一个必须转化为中子,因此该过程需要 W 玻色子,即我们称之为弱力的载体。对我们来说,弱力是弱的实际上是一件好事,因为这就是为什么太阳中聚变的第一步进行得非常缓慢——这意味着我们的恒星将在数十亿年内稳定发光,而不是在更短的时间内爆炸。

年龄和跌倒风险

克劳迪娅·沃利斯在“当健康一落千丈时”[健康科学] 中讨论了近期老年人危险跌倒事件的增加。作为一位 78 岁的退休医生,我认为这些跌倒的原因之一可能是本体感觉的逐渐减退——至少在我的情况下是这样。我的平衡感很好(我每天在不平坦的岩石地面上行走),我的力量虽然肯定有所下降,但仍然足够。但我注意到我的本体感觉略有偏差,这足以引起问题。我掉东西是因为我的抓握力不够紧,并且在门槛和地毯上绊倒。当把物品放在柜台上时,我也倾向于碰撞盘子和杯子。

帕特里克·劳克林,通过电子邮件

沃利斯回复:研究证实,本体感觉——即一个人身体在空间中的位置感——确实会随着年龄的增长而下降,其他感觉也是如此。它还表明,适当的体育活动可以减缓这种下降——这只是有针对性的锻炼可以降低跌倒风险的另一种方式。

养活未来人口

查德·弗里施曼和玛姆塔·梅赫拉在“更多食物,更少浪费”一文中,以一个重磅炸弹开篇:鉴于目前的人口增长率和经济发展,到 2050 年,至少相当于印度的面积将不得不添加到我们的全球粮食生产系统中,以满足预期需求。这篇文章描述了提高粮食使用效率的潜在改进措施,主要是通过减少浪费来解决这个问题,这些措施似乎非常值得尝试实现。但是,通过努力降低或逆转人类人口增长来解决粮食需求上升的问题呢?

虽然更有效地利用粮食出于多种原因是有意义的,但这可能只是针对症状而不是原因。也许大众科学可以向我们介绍另一篇文章,内容是如果全球人民采取能够使人类总人口下降的做法,粮食需求以及许多其他环境问题可能会减少多少。

斯科特·T·迈斯纳,通过电子邮件

科幻历史

加布里埃尔·贝洛特在“探索黑人科幻”[推荐;七月] 中对黑人科幻短篇小说的评论提醒我,大约在我的第一部奇幻小说由华纳图书出版时,我的编辑贝琪·米切尔负责出版了黑暗物质:非洲侨民的百年推想小说(华纳图书,2000 年)。这部选集获得了 2001 年世界奇幻奖,由谢丽·R·托马斯编辑。我很幸运得到了一本托马斯签名的书,她很友好地将其赠予了我的儿子。

詹姆斯·斯托达德,通过电子邮件

勘误

在艾米丽·里尔的“无限数学”中,“组合是结合的和幺半的”插图中的箭头是不正确的。箭头 g ∘ f 应从 A 指向 C,箭头 h 应从 C 指向 D

大众科学杂志第 326 卷第 2 期本文最初以“Letters”为标题发表于大众科学杂志第 326 卷第 2 期(),第 6 页
doi:10.1038/scientificamerican0222-6
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