多个维度,多重宇宙

书茗
2018-03-31 21:50:33

2018.4.1

本书是三本书中难度最大的,以后再找机会重读。

从二维到三维(球体的切片,投影的各种形状都是二维),可以帮助我们理解更多的维度。只需要将某个维度的物体进行卷缩,似乎就可以得到多一维度的物体。过小的多维物体实际意义不大,正如橡胶管的表面有细微的纹路,但我们并不认为它是多维的。橡胶管是一维还是二维,取决于观察者看的远近大小。 伟大的膜宇宙理论,即绝大部分粒子都是被物理定律束缚在低维的膜上,当然广义相对论允许部分粒子离开所在的膜进去高纬世界。延伸出多重宇宙概念,如果我们的世界是高纬世界的一个切片,那么会存在无数的其它宇宙,这也许可以解释暗物质和暗能量。其它宇宙的作用力也许完全不同于我们的世界,或许不出十年我们将在基本粒子物理实验里找到膜宇宙存在的证据。 模型构建和理论指导是不同的两个阵营,模型构建以现象为本,用实验去证明。而弦理论则先假设理论完美再慢慢证明。当今,两者开始融合。

基本粒子就是

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2018.4.1

本书是三本书中难度最大的,以后再找机会重读。

从二维到三维(球体的切片,投影的各种形状都是二维),可以帮助我们理解更多的维度。只需要将某个维度的物体进行卷缩,似乎就可以得到多一维度的物体。过小的多维物体实际意义不大,正如橡胶管的表面有细微的纹路,但我们并不认为它是多维的。橡胶管是一维还是二维,取决于观察者看的远近大小。 伟大的膜宇宙理论,即绝大部分粒子都是被物理定律束缚在低维的膜上,当然广义相对论允许部分粒子离开所在的膜进去高纬世界。延伸出多重宇宙概念,如果我们的世界是高纬世界的一个切片,那么会存在无数的其它宇宙,这也许可以解释暗物质和暗能量。其它宇宙的作用力也许完全不同于我们的世界,或许不出十年我们将在基本粒子物理实验里找到膜宇宙存在的证据。 模型构建和理论指导是不同的两个阵营,模型构建以现象为本,用实验去证明。而弦理论则先假设理论完美再慢慢证明。当今,两者开始融合。

基本粒子就是夸克与电子,他们在对撞机实验下会形成其它更大的粒子,虽然不是基本粒子却是基本模型里需要的。

狭义相对论适用于惯性参照系,有加速度时只能使用广义相对论。能量与质量密切相关(爱因斯坦著名公式),所以引力对光也起作用(1919年日全食印证了此观点),这也是观察发现暗物质的唯一方式。引力也不在是直接作用于物体的力,而是时空几何的弯曲。

欧几里几何学的5个基本公式中的第五条,过线外一点,有且只有一条直线与原直线平行(在球形表面就不准确)。直到高斯创建了非欧几何,才证明其独立性。非欧几何成为完成广义相对论的关键。

黑体会严格遵守普朗克的量子规则,对于频率太高的光,能量量子会变得太大,所以光就不能发出。

爱因斯坦拒绝接受光量子理论,但这个理论恰恰是在他的帮助下建立的。普朗克建立了光的量子化理论,却完全不信爱因斯坦的光量子假说。

玻尔将普朗克量子观念延伸到电子,这是旧量子理论的基本组成部分。

自旋是半整数的是费米子,所有我们熟悉的物质都是费米子。

光子的交换产生磁场电磁力。

正反粒子相遇会彼此消融,转化为能量爆炸。杨振宁和李政道的宇称不守恒定律(弱力作用于粒子区分左右自旋)。弱力还能将一种粒子转变为另一粒子,贝塔衰变。质子在贝塔衰变产生中微子,中子和电子,(目前只发现左旋中微子)在发现中微子前科学界困惑能量在贝塔衰变时不守恒。粒子(光子和弱规范玻色子,希格斯机制可以使玻色子有质量)没有质量,而弱力传递者却有质量。一个粒子获得质量的精准模型,这一谜题可以借助额外维度解开。

标准模型的所有粒子都有三个携带相同电荷的副本,或叫作三代。已知的夸克有六种类型,上型三种(三代):上夸克,粲夸克,顶夸克。下型三种:下夸克,奇夸克,底夸克。

希格斯机制,包含了希格斯场,希格斯场也是希格斯粒子的源泉。光子,弱规范玻色子和电子没有质量,希格斯场在高能量(大于250GeV)时发生的相互作用就好像对称仍然保持,在低能量时对称被打破,弱规范玻色子的行为好像有了质量。这样的对称变换同样作用于夸克和轻子。光子最为独特,即使在在充满弱荷的真空中也可以自由穿行,因此没有质量。光子的来源需要融合了弱力和电磁力的统一理论(弱电统一理论)才能作出解释。弱电统一理论和希格斯机制是粒子物理的主要成就。

强力在越远的距离时,作用力反而会增强。

和弱力研究一样,强力加上电磁力是引力之外的三种力。大统一理论认为在高能量区域(大爆炸初期)三种力会一致。但是现在物理学质疑,在这么高的能量下讨论作用力真的有意义吗?任何粒子质量如果超过普朗克质量,物理计算将不在适用,广义相对论不再正确,需要用新理论(如弦理论)代替。超弦理论可以胜任,所有基本粒子都有超粒子对应,边对称原理。

超对称解决了量子力学很难维持小质量希格斯粒子的问题,但是超对称破缺会产生味改变,这让超对称面临重大考验。

超弦理论在十维的时候,堪称完美。但是目前仅仅在小于普朗克长度,高量能的情况下适用(粒子物理学仍然是主流理论)。强相互作用的超弦理论发展出像杂弦理论等多个模型,目前仍然处于发展中。弱相互作用的十一维超引力理论是一个只包含膜却没有弦的理论。

膜理论

开弦端点能允许的位置就是D_膜,而膜与弦是相互作用的,

上面两张图告诉我们弦的不同形态和组合,带来了各种粒子。

多重宇宙?

额外维度的粒子KK

我们实验的最小极限是10的负17次方(不考虑膜的存在),KK粒子没有被发现说明其尺寸小于这个极限。当考虑膜的时候,即使KK粒子大于这个极限,仍然可能无法被发现。

ADD膜宇宙视图

我们的四维世界只是多维宇宙的一个孤岛或溶洞吗?

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