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上帝粒子或能解释宇宙暴涨和暗能量

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上帝粒子不仅决定宇宙未来的命运,甚至可能影响到我们对宇宙很多方面的认识。

众所周知,我们的宇宙肇始于137亿年前的一场大爆炸,这一点在今天已经没有异议。但单纯的大爆炸还解释不了以下两个问题。

第一是,早期的宇宙密度必定非常大,引力非常强,那为什么这么强的引力阻止不了宇宙进一步的膨胀呢?

第二是,为什么今天的宇宙看起来如此均匀?近些年来,天文学家通过观测证实,宇宙物质的分布是非常均匀的。可是在早期的微观宇宙中,物质难免会有涨落,造成这一点跟那一点在密度上的微小差异。这一差异经过后续的宇宙膨胀,就会被千百倍地放大。经过这样放大之后,要想在“成年”宇宙中保持物质均匀分布几乎就不可能了。这个道理就好比说,从一个成年人身上取走一个细胞,对他不会有任何影响,但要是在受精卵分裂阶段取走一个细胞,那就可能被放大成身体的重大缺陷或畸形。

为解决这些问题,1980年代宇宙学家提出暴涨说。这个学说的大致内容是:宇宙在大爆炸发生后不到10-35秒,即发生了一场急剧的膨胀,在不到10-33秒的时间内,体积膨胀了1078倍,这就是所谓的暴涨期。暴涨把宇宙在不同点可能有的一切差异都给抹平了。经过暴涨之后,宇宙才又渐渐恢复为正常的膨胀。

至于是什么东西让宇宙暴涨的,宇宙学家一时可说不上,他们只是含糊地假设存在这么一种暴涨场。这种场是一种斥力场,所以能够抵消引力场,推动宇宙急剧膨胀。

现在再回头看粒子物理学方面。正文中提到,标准模型把所有基本粒子归为三类。其中第二类是基本作用力的传递粒子,如光子、胶子等(因标准模型还没有把引力统一进来,所以不含引力子)。第三类则是希格斯粒子。第二、第三类粒子都是玻色子。

这样的分法是有点奇怪的。你瞧,除希格斯粒子外,每一种玻色子都对应自然界中的一种基本相互作用力,而希格斯粒子虽也是玻色子,却没有一种基本作用力与之对应。希格斯场好像在基本粒子获得质量的那一刻起了一下作用,此后就度假去了,再也看不到它还发挥了什么影响。这好像不符合大自然物尽其用的一贯作风。

所以,最近有科学家提出,推动宇宙暴涨的可能就是希格斯场。如今充斥宇宙空间的希格斯场,在宇宙还很小的时候,其能量密度必定是非常大的。如果再假设它是一种斥力场,或许就可解释宇宙为何会暴涨。

此外,上世纪末天文学家发现,我们的宇宙在加速膨胀。为了解释这一现象,他们设想一种“暗能量”是幕后黑手。暗能量表现为排斥力,它部分抵消了引力,从而推动宇宙加速膨胀。那么我们也不妨猜测,暗能量会不会就是希格斯场呢?

这一切当然很让人感兴趣,但目前都还只是猜测。相信在未来岁月,随着物理学家对上帝粒子的深入研究,对其性质有了更多的了解之后,答案自然会水落石出。