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这段时间的思考要告一段落了,本来就是在无人之地探索,结果我自己进入了我自己搞不清楚的地方,这和平时看科普的猜测已经没有什么太大的区别了。在SU3-IBM还没有得到认可的时候,建立在它基础之上的任何结果都很难让人相信。
不过还是很有启发,因为拼凑出来的新图景是自洽的,这非常有意思。这也让我对一些结论是很确定的,只是在别人看来,根本无法想象。
虽然说是受黑洞的启发,其实本身并不需要。量子场论中有一个非常有趣的事情,就是真空中也不是什么都没有的,而是不断地出现虚粒子对。这个虚粒子是会影响现实的物理过程的,这是已经被证实的。而量子场论的成功就是解释了这种影响。
当把量子力学和相对论结合在一起之后,构造相对论量子力学就出现了麻烦,因为出现了负能解,这几乎是无法相信的事情。随后量子场论的建立,使得我们相信这个负能解是反粒子。这是物理学中的伟大胜利。
但是这样的量子场论会出现无穷大,最后被重整化技术解决了。虽然结果很漂亮,但是很多人都不是很相信,比如狄拉克(狄拉克是从来都不相信)、费曼自己(费曼自己创造了重整化的技术,但是自己也非常怀疑)、奥本海默(奥本海默是不太相信,但是后来也相信了,因为无所谓了)。当然,现在已经没有人这么想了,但是问题依然在那,并没有完全搞清楚。
当霍金发现了黑洞也会发出光以后,这个问题就变得更加有意思了。因为这个虚粒子变成了真实的粒子。这已经不是影响了,而是真实可以观测的结果。(但是从技术上,我们还没有观测到这个现象)
所以,理论物理一直有一个核心的问题,就是真空中的虚粒子。
无穷大的出现,是因为我们对于虚粒子的理解有问题。重整化的思路,是从观测的结果给出的,虽然这个非常合理,而且的确是一种解释,但是这是一个废话。在这里,我们实际上在把理论和实验推向两端。理论计算出了无穷大,然后回到测量这个事情说,认为测量到的才是真实的。于是就出现了这样的问题,没有测量的话,这个无穷大真的存在么?正如爱因斯坦说的,难道不看月亮的时候,月亮就不存在么?
一百年前,量子力学的出现,就意味着一个很有意思的事情,就是测量的结果才是真实的,不测量不知道真不真实。量子力学的矩阵力学就是从这个观念出发建立的,这个观念到了量子场论就变得更加重要了。
在我读硕士之前,这个问题我就非常好奇,虽然问题看起来是解决了,但是依然奇怪无比。这里发生了一些无法理解的东西,也是整个粒子物理最终陷入困境的原因。
在真空中到处都是这个虚粒子对,也就是无中生有。真实的粒子过程,由于和这个虚粒子耦合,所以出现了无穷大,但是很显然,这个影响一定是很小的,而且实验结果也发现的确是很小的,但是理论却出现了无穷大,需要拿掉一个无穷大,才可以得到这个非常小的结果。一个正常的人,恐怕都无法接受这样的一个技术。
问题就在这。今天的物理学就是这么奇特。
当霍金发现霍金辐射以后,的确让所有人都大吃一惊,因为这似乎和以前的观念是冲突的。黑洞中的粒子是不可能从黑洞的视界中出来的。在这里,虚粒子扮演了极端重要的角色。黑洞外的虚粒子对,一个负能量的粒子如果进入黑洞,就会让剩下的粒子变为实粒子,从而离开黑洞。而当这个负能量的粒子进入黑洞后,就和正能量的粒子湮灭,消失了。看看这个结论,多神奇。关键是,这里出现了负能量的粒子。
当然这可以看成是一个中间的有用概念。当这个负能量的粒子进入黑洞后,很显然会立刻吸收一个光子,变成一个反粒子。
所以,一般的科普书在解释这个过程中的时候,说的这个虚粒子对,都是粒子和反粒子,因为在量子场论中,我们谈到了虚粒子对,就是这个粒子和反粒子,而不是粒子和负能量的粒子。我一直都很迷惑这个事情,但是我不清楚究竟发生了什么。
而最近我终于明白了。这个负能量的粒子,吸收一个光子后,就变成了反粒子。
是反粒子?还是负能量的粒子?
也许困扰我20多年的问题,终于找到了答案。
当年,狄拉克发现了描述电子的方程,就在猜测那个负能量的是什么?后来实验上发现了正电子,所以我们都相信,这个就是那个正电子。但是狄拉克方程,很显然会出现更多,或者说可以出现更多。
真空中的虚粒子对到处都是,只要条件适合,我们就能看到它的影响。在黑洞的边界处就是一个显著的粒子。而在原子核中也是如此。原子核由质子和中子构成,而质子和中子由夸克和胶子构成,所以一个很有意思的问题就是,夸克和胶子在原子核中出现么?也就是说,在质子和中子之间会出现夸克和胶子么?
我最近给出了一个肯定的回答。
然后一个有意思的事情就出现了,这里也有一个边界。一边是夸克和胶子,一边是核子和介子。核子的出现,是夸克禁闭和手征对称性自发破缺共同的结果,导致核子内的真空,不是平常的真空,而是夸克对的凝聚态。
这个事情就这么有意思。因为虚粒子对到处都是,那么负能量的夸克对,遇到核子内的夸克对就会湮灭,但是在核子内,那个正能量的夸克对就自发的补偿了这个湮灭的核子对,也就是什么都没有发生。
但是在边界处,就不是这样了。核子内的夸克对湮灭了,核子外的夸克对变成π介子跑了。
所以,并不是边界处出现了一个夸克对和负能量的夸克对,而是到处都是虚粒子对,只是在边界处,这种奇特的边界处,才会出现奇特的结果。
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GMT+8, 2024-12-8 20:31
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