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上帝粒子使宇宙免於坍縮 但是它卻可能造成摧毀整個宇宙

和「天使粒子」不同,「上帝粒子」又名希格斯玻色子,1988年諾貝爾物理學獎獲得者利昂·萊德曼在一大學部普著作中將其稱為「該死的粒子」(Goddamn particle)。後來出版商覺得不妥,於是簡化為「God particle」,就是今天著名的說法:「上帝粒子。」

雖然他叫上帝粒子,但是它卻可能是魔鬼的化身,2012年7月4日下午,LHC的實驗裝置之一、CMS(緊湊繆子線圈)項目發言人首先發布,他們觀察到的數據明確標誌著一種新的粒子,確定性水平可達5西格瑪,質量約在126GeV附近。隨後CERN科學家確認這個粒子就是「上帝粒子」。然後這小小的恐怖東西就誕生了。

「上帝粒子」的作用

宇宙為何沒有坍縮?按照目前最好的物理學模型,宇宙在大爆炸膨脹之後很快就會坍縮,膨脹持續不超過1秒。而宇宙沒有坍縮,部分原因是在膨脹過程中產生了希格斯玻色子,俗稱「上帝粒子」。以往研究表明,在早期宇宙中,希格斯場可能獲得足夠大的波動來克服能量障礙,使宇宙從標準真空態轉變為負能量真空態,而讓宇宙迅速坍縮。

研究人員解釋說,希格斯場與萬有引力之間耦合得越強,波動就越大,最終引發關鍵性過渡,轉變成負能量真空態。據他們計算,在膨脹之後,只要耦合強度超過1,就會發生坍縮。2014年,該團隊通過分析膨脹過程中保持穩定性所需的必要條件,推導出一個較低的界限值0.1,結合新結果,將耦合強度限制在0.1—1的範圍,接近其歷史估計值1/6。歷史估值1/6是希格斯-萬有引力零耦合時的數值,但這個值未必正確。

將希格斯-萬有引力耦合強度的範圍收窄對物理學家具有指導意義,在分析實驗數據時,有助確定更精確的耦合值。比如利用宇宙微波背景輻射和萬有引力波的數據,有望對該值做進一步限定,將希格斯-萬有引力耦合強度與其他參數結合,可以生成沒有轉變到坍縮態的宇宙圖。

上帝粒子的發現只是一個小小的開始,沒那麼容易直接用起來的,上帝粒子的發現是對量子場論的支持,更大的意義是幫助理論物理學家對世界進行理解,離實用還早得很.但根據科學家們的理論猜想,上帝粒子在人類中應用很可能時候下面三種:

1 反重力,人往天上行走

2 超光速運行

3 直接替代氫彈核武器

魔鬼化身

一個名為"希格斯玻色子的末日"(Higgs boson doomsday)的理論表示當一個量子波動在空間中形成一個真空的"泡泡",它會在空間中擴散,進而摧毀整個宇宙。儘管如此,科學家並不認為這件事會在短期內發生。

Joseph Lykken,一位在位於伊利諾州的費米國家加速器實驗室工作的理論物理學家在賽提機構上課時表示"這件事極有可能會在10的100次方(1後面接100個零)年之後才有可能發生,所以你應該不需要賣掉的你的房子,並且要持續繳稅。

另一種可能性便是這件事已經發生了,那個泡泡可能正往我們襲來。但我們不會發現因為它會是以光速行動,所以不可能會有任何警訊。希格斯玻色子對於標準模型是如此的重要的原因是它的存在證明了希格斯力場(一個散布在宇宙中的隱形力場,以其質量影響其他物質)的存在。自從它在兩年前被發現后,已經在物理界造成不小的風波。

希格斯玻色子,有時被稱會上帝粒子(追求官方名稱的科學家對此感到惱怒),是一種研究者長期懷疑存在的微小粒子。它的被發現強烈的支持了粒子物理學的標準模型,一個科學家相信的關於基本物質組成是如何堆疊的理論。

希格斯玻色子的質量大約是電子的1260億倍,或是質子的0.686億倍。這正好能維持宇宙在不穩定邊緣的質量,但物理學家表示這個脆弱的平衡終究會被打破,造成宇宙的不穩定。這個結論產生了希格斯力場。

Lykken說"希格斯力場誕生於宇宙的起源,從那時候起便一直以他自行的能量存在至今。"物理學家相信它正在緩慢的變化,為了到達力場強度和能量需求的終極平衡。

來自希格斯玻色子的發現地,歐洲核子研究組織的理論物理學家Gian Giudice在2013年10月的一場TED演說中表示"如同物質可以以液態及固態存在一樣,充滿空間-時間的物質也可能以兩種型態存在。現在希格斯力場正處於它位能的最低點。

轉化成另外一個型態所需要的巨大能量就好比攀上一座高山。假如希格斯力場越過了那個山頭,有些物理學家認為山頭另一端就是宇宙的毀滅。

另外還有一種不幸的量子波動,或者說是能量上的轉變,可能產生"量子穿隧效應"(quantum tunneling )。Lykken說"與其爬上那座高山,量子穿隧效應有可能讓希格斯力場直接穿越那座山,進到一個更低的能量低谷。這個量子波動有可能會在銀河系間的真空區域發生,並且產生所謂的泡泡。

霍金在他的新書里是這樣描述希格斯末日的:"希格斯的位能有個令人擔憂的地方便是當它的能量超越一千億個十億伏特時,它有可能會成為一個亞穩的狀態。這代表宇宙有可能會遭遇一個災難性的真空衰退。處於真空狀態中的泡泡會以光速四散。這可能發生在任何時間,而我們無法預知。"

Giudice在它的TED演講里說到」在泡泡里的希格斯力場會比普通的力場還強,而且處於比其環境還要低的能量位階。儘管泡泡里的力場只比普通的還要強一些,它仍然能夠壓縮原子,並且使原子核衰竭,令氫原子成為宇宙中唯一的存在。"

但是,藉由一個包含了希格斯粒子的質量的計算,研究者發現這個泡泡中的力場強度會非常的高,並且會以光速在空間-時間裡四散。這個力場的散播無法阻擋,並且會摧毀已知宇宙里的一切。我們所存在的宇宙可以存在很久,但他終究會毀滅在懸崖上。目前沒有任何我們已知的原理會把我們逼到這個邊界上。

希望

Lykken說"有可能所有的時空都在這個如利刃般的邊緣上處於穩定與不穩定的宇宙之間,也有可能我們的計算出了錯誤。

如果計算是錯的,那一定是在一個科學家還沒發現的基本物理理論上出了錯誤。一種可能是暗物質的存在。

暗物質是一種隱形的物質,物理學家相信它組成了27%的宇宙。研究暗物質是如何與宇宙其他物質作用,能讓物理學家發現未知的物質和物理規則。

另外一種可能是所謂的'超對稱理論(supersymmetry)'。在標準模型中,每個物質都有一個對應的反物質。但超對稱理論卻說所有物質還有另外一個"超對稱"的物質。Lykken說"超物質的存在有可能可以幫助穩定整個宇宙。

我們發現希格斯玻色子,已經是一個不小的發現了,但我們仍然需要嘗試去了解它的作用還有所有隨之而來的疑問。"

Lykken在他的課堂最後說:"這很可能只是故事的開頭,而我跟你們說的不過是故事可能發展的幾個方向,但我認為很有可能會有一個沒有任何人想到過的意外性的發展。"

希望這顆小小的上帝粒子不會對宇宙重新洗牌!



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