皮皮小说网

2 男孩们的冒险（第3页）

在大型强子对撞机中，同样的机制得以重现。随着能量的增加，强耦合常数变得越来越小，弱耦合常数不断增大，两个值越来越接近。根据这一趋势，一些理论预测，在极高的能量下，强、弱和电磁耦合常数将达到一个非常相似的值，这三种基本力的强度实际上是相同的。所需的能量值尚未达到，而且很可能，至少在不久的将来也很难达到这个能量值。不过，终局似乎可期。

在进行这些推断的过程中，人们发现新粒子的存在，比如超对称预测的那些粒子，将导致这三个相互作用决定性地收敛到一个明确定义的点。在这个点上，耦合常数将完全相同。这被认为是支持超对称性的另一个优势。

如果大统一理论被实验证明了，我们就会对情况有一个清晰的认识。在我们的世界中所看到的、起作用的是基本力的低能量表现，这些基本力都来自同一种超力，它在非常热的原始宇宙中不受干扰地发挥作用。一旦温度降到临界温度以下，超力就会以明显不同的形式结晶，然后到达我们这里。有点像冬季云层中的水蒸气，根据不同的条件，可以凝结成寒冷的雨滴或结晶成雪花。

梦想的名字

引力到底发生了什么情况呢？我们暂且将它搁置一旁，因为与其他相互作用力相比，它的弱点显而易见。引力相互作用的耦合常数，其值为10－39，打破了所有纪录。正因为这个小数值，引力只有在像太阳、地球或月球这样的巨大质量分布上作用时才变得重大。没人在乎在同一间办公室或同一间工作室工作的同事之间的万有引力。尽管他们每人重80千克，作用距离可能只有几米，我们知道所有质量都相互吸引，其力与距离的平方成反比。没有人关心，因为耦合常数是如此之小，以至于需要超灵敏的仪器来测量。如果你感觉被某个男同事或女同事吸引，不要找借口：这种吸引肯定不是引力这一类型的。

引力耦合常数和我们说过的其他相互作用一样—随着能量的增长，常数也在增长。在这种情况下，统一机制不起作用。这个常数从一个非常低的值开始，以至于当其他相互作用达到统一时，引力仍然绝对是次要的：该死的，它太弱了。

这种引力的异常是一整代物理学家的担忧。最常见的力，每个人每天都经历的力，也是表现最怪异的力。然而，统一包括引力在内的四种自然力的愿望依然存在。它有一个雄心勃勃的名字：万有理论。这是所有物理学家的秘密梦想。

额外维度

直到几年前，一群年轻的理论物理学家提出要从根本上改变观点，引力的统一才被认为是一项艰巨的事业。

其基本原理很简单。引力并不弱，但对我们来说却很弱。我们受到常识的制约，成了偏见的囚徒，我们相信宇宙是在四个普通的维度上发展的：三个空间维度（高度、宽度、深度）加上时间。如果我们假设我们的宇宙维度数是5、6或10，也就是说，如果存在我们没有察觉到的额外空间维度，我们应该从根本上修正这些结论。

这个难题解开了：我们认为引力很弱，因为我们只考虑了我们所熟悉的四维世界的微弱投影。实际上，在额外的维度中传播，这个力比它看起来要强得多。此外，考虑到隐藏的维度，引力的耦合常数变得正常，并随着能量的增长而增长，它可以与其他相互作用统一起来。

这些隐藏的维度去了哪里呢？在宇宙诞生的最初时刻，巨大的能量使所有额外维度保持开放。在随后的冷却过程中，它们立即闭合起来，好像折叠在一起，变得不可见，但是异常微弱的引力仍然存在。这个巨大的不一致的细节，提醒我们不要只满足于表面现象。

不寻常的是，如果存在额外维度，我们可以用粒子加速器来发现它们。从大型强子对撞机开始，通过让高能质子碰撞，我们可以触及额外维度隐密而无声地存在了数十亿年的极限。在这种情况下，不同版本的理论预见了巨大质量粒子的出现，它们的性质与标准模型相似，但要重几十倍，或者是全新的绝对奇异的物质状态，因为这种状态的引力比普通状态的引力强得多。因此，有可能产生一种亚原子粒子的聚集，这种聚集既不是由电磁力（如原子中的电子）聚集，也不是由核力（如原子核中的夸克）聚集，而是由引力聚集。

在非常小的距离，引力会如此强大，以至于能够形成微小的黑洞。这与宇宙黑洞无关。宇宙黑洞是在许多星系中心发现的巨大天体，其质量如此之大以至于它们甚至可以吞噬光，因此不可见。可能形成的微型黑洞将是无害的不稳定粒子，它们会在无限小的时间内衰变，只留下几十个粒子组成的微观“烟火”，在相互作用区周围的超灵敏探测器上留下痕迹，作为它们存在的证据。由于到目前为止，还没有实验显示出超大质量粒子或黑洞的痕迹，因此只能对最小空间维度设置上限，在这个上限之下，额外维度仍然可以隐藏。这个问题仍然悬而未决，每天可能都是美好的一天。当特定的额外维度理论被证明是正确的那一刻，那不仅是科学的伟大日子，而且将真正谱写人类历史的新篇章。单是想想看问题的角度，我们的世界观将彻底改变。想一想描绘多维世界的难度，甚至只是想象一个在十维空间中发展的世界，以及马上就会出现的问题：对宇宙隐秘一面的系统探索会给我们带来什么惊喜呢？

寻找圣杯

在讨论标准模型时，我们遇到了现代物理学的大问题。暗物质、膨胀、暗能量、力的统一以及引力的作用，这些概念引出了巨大的问题，而这些问题极有可能需要物理学上一场新的概念革命。我们迟早会发现一些颠覆现有知识的东西，将标准模型简化为一种特殊情况，只适用于低能量的更普遍的理论。这种情况以前发生过，我们都相信它将再次发生。

尽管出现了新的问题，但仍有一个大问题需要解决。首先，有必要找到希格斯玻色子，也就是说，证明这种新粒子确实存在，或者为电弱对称性破缺机制找到不同的解释。这里出现了问题。搜寻工作立刻展开，但当标准模型取得接连不断的成功时，在这个特定点上，年复一年，搜寻却仍是一连串的负面结果。在标准模型取得最大胜利的那些年里，似乎没有人能发现这种幽灵粒子，而整个理论的构建都依赖于它的存在。

为了实现这一目标，科学家们提出了使用尺寸和特性都让人疯狂的装置。他们提议使用的许多技术根本不存在，材料具有未来派风格，所要求的性能被认为是“疯狂的”。

这一代人的梦想是能够制造出历史上前所未有的加速器和探测器。他们的希望是不让希格斯玻色子逃走，系统地对希格斯玻色子可能存在的整个区域进行筛选。

他们的秘密梦想并没有就此止步。他们一起寻找新物理学的最初迹象：超对称性预测的新粒子，或额外维度理论中假设的微型黑洞。新机器必须准备好应对任何意外。我们正准备把河里的石头一块一块地翻开，以便抓住哪怕是藏在那里的最小的鱼。

为意外做好准备总是最复杂的事情。我们可能会遇到一个希格斯玻色子，它的特征与标准模型预测的完全不同。我们必须准备好记录最小的异常，因为新物理学的第一个明确信号可能隐藏在其中。我们可能会遇到其他伙伴，甚至发现希格斯玻色子的整个家族。我们必须为人类头脑中曾经设想过的最稀奇的粒子做好准备：从可以在设备中稳定地睡上好几个星期然后在数据采集结束后自行分解的粒子，到构成暗物质的不可见粒子和不能直接检测到的粒子。

这是大型强子对撞机的历史和冒险。

[12]　瓦萨战舰是现存最古老的战舰残骸之一，也是世界上第一批风帆炮舰和当时世界最大的炮舰。它在处女航中，离岸10多分钟就沉没了，直到300多年后才被打捞上岸，并被保存于瑞典瓦萨博物馆中。

[13]　隐藏的孩子，指在大屠杀期间以各种不同方式隐藏孩子的术语，目的是将他们从敌人手中救出来。多数在波兰，也有一些在西欧。并非所有拯救他们的尝试都是成功的，例如，安妮·弗兰克最终被抓获。

[14]　罗西尼式渐强，是指在艺术歌曲创作中，意大利作曲家罗西尼经常多次反复同一旋律，从而形成力度上的渐强，逐渐达到旋律的顶点，以此来制造歌剧中的小**。

[15]　基本相互作用，为物质间最基本的相互作用，常称为自然界四力或宇宙基本力。迄今为止观察到的所有关于物质的物理现象，在物理学中都可借助这四种基本相互作用的机制得到描述和解释。

[16]　标准模型，是一套描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及组成所有物质的基本粒子的理论。它属于量子场论的范畴，并与量子力学及狭义相对论相容。到目前为止，几乎所有对以上三种力的实验结果都合乎这套理论的预测；但是标准模型还不是一套万有理论，主要是因为它并没有描述引力。

[18]　谢尔顿·格拉肖（SheldonGlashow），世界著名的理论物理学家，美国科学院院士。1966年到哈佛大学任教，1967年起任教授。主要研究领域是基本粒子和量子场论。1976年获奥本海默奖，1979年与史蒂文·温伯格、阿布杜斯·萨拉姆共同获得诺贝尔物理学奖。

[19]　卡罗·鲁比亚（CarloRubbia），世界著名粒子物理学家和发明家，长期就职于欧洲核子研究组织，1984年与西蒙·范德梅尔共同获得诺贝尔物理学奖。