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人類現在所知的物理定律能否解釋宇宙的一切事物?如果不能 邊界在哪裡?

妄言幾句,歡迎討論。鑒於本人是粒子物理方向,就針對此方向說一下吧。

目前描述粒子物理最好的模型是標準模型(Standard Model,SM),但是不管是理論框架還是理論在實際問題的應用,對宇宙中現象的描述還遠遠不夠。

中微子是標準模型中的基本粒子,標準模型描述的中微子是沒有質量的,但是最近幾年的中微子實驗顯示,中微子是有質量的,雖然這個質量非常非常的小,但是不為0。質量是不是嚴格為0是有著本質的區別的。比如光子靜質量嚴格為0,而電子質量不為0。這個就說明標準模型是需要改進的,也有很多機制能對此作出解釋,但是目前的實驗還沒有更細緻的發現。

夸克禁閉。夸克也是標準模型中的基本粒子。強子是由夸克構成的,比如質子是由兩個上夸克和一個下夸克構成的(

)。但是實驗上發現,夸克是不能單獨存在的,無論用多高的能量轟擊強子或者介子都無法得到單獨的夸克,夸克只能彼此組合以強子或者介子的形式出現。對此目前的理論還無法解釋。

宇宙中正反物質不對稱。每一種粒子都有對應的反物質(注意要與暗物質區別),而且正反物質只是相對的,從理論上說是對稱的,也就是說在宇宙最初正反物質的數量應該是相等的。但是目前的觀測結果發現,在可觀測宇宙範圍內只有正物質,並沒有由反物質構成的區域(所以暫時不用擔心遇到反物質外星人)。對這個的解釋有很多種,其中某一種要求理論要有CP破壞出現,但是在CKM矩陣中的CP破壞遠遠達不到這個要求,這就意味著還需要更強的CP破壞源,但是目前還沒發現。
Higgs粒子的性質。2012年發現(2013宣布)的Higgs粒子算是標準模型的最後一塊拼圖,但是目前我們Higgs的性質幾乎一無所知。Higgs是否是基本粒子?與費米子的耦合為什麼是Yukuwa耦合?等等很多問題。(目前中科院高能所主推的CEPC項目就是想建造Higgs工廠,對Higgs粒子的性質進行精確測量)
暗物質和暗能量。這個已經是老生常談了,就不贅述了。

經評論區提醒補充:

  • 夸克質量之謎。夸克有六味,六味夸克的質量跨越特別大,最輕的上夸克質量為幾個Mev,而最重的頂夸克質量達到176Gev。形成這個現象的原因目前還是個迷。

我們能對世界描述的最大程度,這更像是一個哲學問題。物理學只關心可觀測量,對於不可觀測的所謂的「更本質」的東西,那都是工具。只要你的理論導出的結果能讓結果更符合觀測實驗結果,那就是好的工具!



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