首页 > 时间简史 > 第12章 基本粒子和自然的力(2)

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初期宇宙必定是不从命T对称的:跟着时候进步,宇宙收缩――如果它今后发展,则宇宙收缩。并且,因为存在着不从命T对称的力,是以当宇宙收缩时,相对于将电子变成反夸克,这些力将更多的反电子变成夸克。然后,跟着宇宙收缩并冷却下来,反夸克就和夸克泯没,但因为已有的夸克比反夸克多,少量多余的夸克就留下来。恰是它们构成我们明天看到的物质,由这些物质构成了我们本身。

同一电磁力和弱核力的胜利,令人们多次试图将这两种力和强核力归并在所谓的大同一实际(或GUT)当中。

为甚么夸克比反夸克多这么多?为何它们的数量不相称?这数量有所分歧必定使我们交了好运,不然,初期宇宙中它们必将已经相互泯没了,只余下一个充满辐射而几近没有物质的宇宙。是以,厥后也就不会有人类生命赖以生长的星系、恒星和行星。光荣的是,大同一实际能够解释,固然乃至刚开端时二者数量相称,为何现在宇宙中夸克比反夸克多。正如我们已经看到的,大同一实际答应夸克变成高能下的反电子。它们也答应相反的过程,反夸克变成电子,电子和反电子变成反夸克和夸克。在极初期宇宙有一期间是如此之热,粒子能量高到足以产生这些窜改。但是,它为何使夸克比反夸克多呢?启事在于,物理定律对于粒子和反粒子不是完整不异的。

但是,电磁力在原子和分子的小标准下起首要感化。在带负电的电子和带正电的核中的质子之间的电磁力使得电子环绕着原子的核公转,正如同引力使得地球环绕着太阳公转一样。人们将电磁吸引力描画成是因为互换大量称作光子的无质量的自旋为1的虚粒子引发的。反复一下,这里互换的光子是虚粒子。但是,电子从一个答应轨道窜改到另一个离核更近的答应轨道时,开释能量并且发射出实光子――如果其波长恰当,则作为可见光可被肉眼察看到,或可用诸如拍照底版的光子探测器察看到。一样,如果一个光子和原子相碰撞,可将电子从离核较近的答应轨道挪动到较远的轨道。如许光子的能量被耗损掉,它也就被接收了。

但是,1964年,还是两个美国人――J・W・克罗宁和瓦尔・费兹――发明,在某种称为K介子的衰变中,乃至连CP对称也不从命。1980年,克罗宁和费兹终究因为他们的研讨而获得诺贝尔奖。(很多奖是因为显现宇宙不像我们曾经想像的那么简朴而授予的!)有一个数学定理说,任何从命量子力学和相对论的实际必须从命CPT结合对称。换言之,如果同时用反粒子来置换粒子,取镜像另偶然候反演,则宇宙的行动必须是一样的。但是,克罗宁和费兹指出,如果仅仅用反粒子来代替粒子,并且采取镜像,但不反演时候方向,则宇宙的行动不不异。以是,如果人们反演时候方向,物理学定律必须窜改――它们不从命T对称。

这名字相称夸大:获得的实际并不那么光辉,也没能将全数力都同一出来,因为它并不包含引力。它们也不是真正完整的实际,因为它们包含了很多不能从这实际中预言而必须报酬挑选去合适尝试的参数。固然如此,它们能够是朝着完整的同一实际推动的一步。GUT的根基思惟是如许:正如前面提到的,在高能量下强核力变弱了;另一方面,不是渐近自在的电磁力和弱力在高能量下变强了。在某个非常高的叫做大同一能量的能量下,这3种力都具有一样的强度,并是以可当作一个伶仃的力的分歧方面。在这能量下,GUT还预言了自旋为1/2的分歧物质粒子(如夸克和电子)也会底子上都变成一样,如许导致了另一种同一。

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