本篇文章给大家谈谈无量量纲有哪些,以及掌控宇宙的无量纲常数有哪些还有哪些常数没有被发现的知识点,希望对各位有所帮助,不要忘了收藏本站!
掌控宇宙的无量纲常数有哪些 还有哪些常数没有被发现
这些常数对宇宙的演化起到了啥作用
在可观测宇宙的尺度上,物质以丝状结构聚集在一起,在最密集的部分形成了星系、恒星和行星,它们都是孤立的集群,并且在更大尺度上聚集成了星系团、超星系团。
虽然不同的空间区域和物质结构模拟在细节上会略有不同,但星系聚集的模式总是相同的;如果我们回溯到物理定律所允许的最早时间,我们将得到一个与我们的宇宙几乎没有区别的宇宙。
如果让宇宙重新开始,诞生一个新的宇宙,并与我们的宇宙一样古老(138亿年),这两个宇宙在很多重要的方面看起来都是一样的:
有相同数量的星系,相同质量的星系,以相同的方式聚集在一起,
新宇宙中元素的比例将与今天的元素丰度相同,
新宇宙将拥有与我们的宇宙质量分布相同的恒星和行星数量,
暗能量、暗物质、普通物质、中微子和辐射的比例与我们的宇宙相同,
最重要的是,所有的基本常数都有相同的值。
最后一点非常重要,因为从同样的初始条件出发,才能保证新的宇宙看起来和我们今天的宇宙一样,那么这些常数是什么?
什么是无量纲常数我们比较熟悉的常数,如光速C,普朗克常数h(或ħ),牛顿引力常数G。这些常数都是有量纲的,这意味着它们的数值依赖于测量它们的单位,例如米、秒、公斤等。但是很明显,宇宙并不会关心我们使用哪种测量单位!所以我们可以创造无量纲常数,或者说这些物理常数的组合,只是数字,用来描述宇宙中不同部分之间的联系。
科学的目标之一是用最简单的术语来描述自然。就我们今天对宇宙的理解而言,需要多少这样简单的描述才能完全描述宇宙中的粒子、相互作用和规律 相当多!至少26个。我们来看看这些无量纲常数是什么
1、精细结构常数
即电磁相互作用的强度。就我们更熟悉的一些物理常数而言,这是基本电荷(比如电子)的平方与普朗克常数乘以光速的比值。在我们宇宙的能量中,这个数字约为1/137.036,这种相互作用的强度随着相互作用粒子能量的增加而增加。这被认为是由于基本电荷在更高能量下的行为相对增加,目前还不是很确定。
2、强耦合常数,或者说强核力的强度
尽管与电磁力或重力相比,强作用力的作用方式非常不同,也违反直觉,但这种相互作用的强度可以用一个耦合常数来参数化。我们宇宙的这个常数,也像电磁常数一样,随着能量的变化而变化。
3 - 17、15个基本标准模型粒子的(非零)质量
在标准模型中,这通常通过电子、μ子和τ、三种中微子、六夸克、W和Z玻色子以及希格斯玻色子的十五个耦合常数(希格斯场)来体现。光子和八个胶子并没有耦合常数,它们本质上是无质量的粒子。
这是理论家们苦恼的一个来源,他们希望这些常数(基本粒子的基本质量)要么是某种模式的一部分(它们不是),要么可以从基本原理中计算出来(它们不是),要么是从某种更大的框架中动态地出现,比如统一理论(GUT)或弦理论(它们不是)。
18-21、夸克混合参数。
这四个参数规定了所有弱核衰变如何发生,并允许我们计算不同的放射性衰变产物的概率振幅。因为“上夸克”、“魅夸克”和“顶夸克”(以及“底夸克”、“奇夸克”和“下夸克”)都有相同的量子数,它们可以混合在一起。混合的细节通常由Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM)矩阵参数化,并给出了三个夸克混合角,以及一个违反cp的复杂相位。
同样,这四个参数不能从任何其他原理中预测出来,只能简单地测量出来。
22-25、中微子混合参数。
与夸克相似,考虑到三种中微子都有相同的量子数,中微子相互混合的细节也有四个参数。到今天为止,三个混合角度已经被相当精确地测量了,但违反cp的阶段还没有被测量。中微子混合是由Maki-Nakagawa-Sakata (MNS)矩阵参数化的。
26、宇宙常数或无量纲常数,驱动宇宙加速膨胀。
这是另一个常数,它的值无法得到,只是一个可测量的事实。如果我们把宇宙倒回到大爆炸后几皮秒的时间,以大致相同的初始条件和这26个基本常数开始,我们每次都会得到大致相同的宇宙。*的区别是量子力学概率和初始条件变化的程度。
还有哪些常数没有被发现
即使上面的26个常数也不能解释宇宙的一切!例如:
我们现有常数的cp违反数量,无法解释在宇宙中观察到的物质-反物质的不对称性。这就需要某种新的物理学,这就意味着必须有一个新的基本参数。
如果强相互作用中有cp违反,那也会是一个新的参数,如果没有,阻止强CP的物理(或对称性)可能会携带一个新的常数或多个常数。
宇宙暴涨发生了吗 如果发生了,与之相关的参数是什么?
什么是暗物质 根据我们合理的假设,暗物质是一个有质量的粒子,肯定需要至少一个(或多个)新的基本参数来描述暗物质。
这就是我们今天的处境!我们还不知道这些常数的值从何而来,也不知道这些常数是否会被我们宇宙中现有的信息所知晓。 我们穿越宇宙的旅程还在继续!
掌控宇宙的无量纲常数只有一个~精细结构常数,它的发现是必然!它的测定关系到广义相对论是否被推翻!
1900年左右是科学爆发的时代,不仅有一批伟大的科学家和数学家,而且工业革命也积累了相当多的成果。
当时科学家已经发现了原子是有原子核和围绕在核外运行的电子所组成的,但是两者之间的关系是怎么样的,提出了很多个模型。
最后经过筛选以后,发现波尔的模型基本正确。
原子有很多种,其中最简单的就是氢原子只有一个质子和一个电子组成。波尔提出的氢原子模型,与行星围绕恒星运动的轨迹非常的相似,可以把质子看成一个恒星,电子围绕质子做圆周运动。*不同的是,行星绕恒星的轨道半径可以是任意的,但是原子核外的电子的轨道半径受量子力学法则支配,轨道半径是一个不连续的固定值,每一个轨道半径对应一个能量的级别。当电子在不同的轨道上变动的时候(学术上称为迁跃),这个时候电子会吸收或者发射出能量。
这个能量会以光子辐射的形式发射出来。因为每一个原子核外电子的轨道能级是固定的不连续数值,所以发射出来的光子的分布就像二维码,被称为光谱。
》随着技术的进步,测量手段越来越先进。科学家发现氢原子的1条谱线,实际上是由靠的很近的多条谱线构成。
假如有一天你去超市,买了一听可乐。然后你用一个高倍放大镜看了一下包装上的条码,突然发现每一条码线,实际上是由许多平行且挨得很近的更加精细的线组成的。你是不是会怀疑这瓶可乐里隐藏着什么秘密
科学家们第一时间想到,这样与众不同的结构,显示我们的宇宙中蕴含着重大的秘密。
》只要靠得足够近,大自然总是显现出让人意外的一方面。
这就好像考古学家们在墓道的尽头遇到了一堵墙,但是仔细检查后却发现这堵墙是空的,背后隐藏着一个庞大的空间,而且在墙上有一个机关。
为了打开这个墙上的机关,索末菲使用电子椭圆轨道修正了波尔轨道,并且考虑了电子的相对论效应引起的质量增加,成功的描述了电子能级的精细结构。
并且诞生了一个常数:精细结构常数。这个常数从它一诞生起就非同凡响。
精细结构常数,是电子在氢原子一级波尔轨道上的运行速度和光速的比值,表面上看是一个无量刚常数!
》英国*的科学家,爱丁顿爵士曾经试图从纯逻辑的观点计算出精细结构常数的取值。
爱丁顿的先进事迹包括,用冰块的融化时间测出了太阳的光辐射功率和太阳的总功率,进行过一次*的验证广义相对论的星光弯曲检验。
爱丁顿第一次算的精细结构常数数值是1/136。后来精细结构常数被测出来是1/137,爱丁顿连忙在自己原来计算的数字上又加了一个1,他在教室里对自己的学生说,他当时确实少算了一个1。因此,他的学生背后都叫他Addingone。对比一下爱丁顿的英文名Eddington!23333。
实际上这个常数的精确值,是1/137.03599976。一般在物理学里会被记作阿尔法α。
精细结构常数的计算公式为:α=e2/(4πεch)(其中e是电子电荷,ε是真空介电常数, h是约化普朗克常数,c 是真空中的光速)。
费曼说:这个常数的存在是一个谜。为什么上帝会随手写下这样一个数字
可惜的是,这件事情拉玛努金不知道,否则他一定会给这个常数一个计算公式。
》两个电子之间的相互影响是通过交换光子完成的,这个过程非常的复杂,交换的方式有很多种。
而它们之间作用力的大小随着交换方式的复杂程度呈指数降低。而精细结构常数阿尔法α,就是那个指数的底数。
一般的情况下,在物理公式里能够作为底数的通常都是最基本的物理量,比如说时间和空间尺度,而最基本的物理量又分别代表一个维度。
》所以,精细结构常数很可能代表额外的空间维度。
电子的运动方式太过于微小,我们无法看到。虽然电子和原子核组成的原子,构成了我们身边的万物。但是,电子运动的空间,和我们眼睛里面真实的宇宙空间相去甚远。
很有可能,电子在原子核外的运动是在卡比拉丘成桐空间中展开的,那里存在着一个没有物质分布的引力场。
》精细结构常数把电子电荷e和真空中的光速c关联在一起。如果精细结构常数随时间变化,要么就是电子电荷随时间变化,要么就是真空中的光速随时间变化。
对于精细结构常数的测定,关系着物理的重大变革是否会到来。如果相对论被推翻,那么所有的物理定律都要重新改写。
加热一堆原子,就会发光,但是只发出特定波长的光,这取决于加热的是哪种原子。节假日释放的璀璨烟花,就是被炸药加热的不同种类原子发出来的光。
在太空中有一种特别的星体,叫做类星体。因为它们特别大,又特别明亮。后来的天文学研究发现,这些类星体实际上是一个巨大的黑洞。因为围绕在黑洞周围吸积盘上的物质,不停的向黑洞中间掉落的过程,辐射出来极其强烈的光子,照亮了周围的夜空。
类星体周围的氢原子被加热以后,辐射出来的光,在茫茫的宇宙中旅行了几十亿年到达了地球。
澳大利亚新南威尔士州大学的科学家朱利安.贝雷吉特(UNSW,Julian Berengut),研究了来自几十亿光年外类星体的原子光谱后,惊讶的发现,它们和地球上的原子光谱有一点点的不同,虽然差别只有1/10万。
但是,就是这一点点的差别,也意味相对论可能会被改写!这也让科学家们对自然界有了深深的敬畏,上帝总是不想轻易告诉我们最后的 案!
我们对这个世界了解的越深刻,越让人感觉害怕。
别的不知道,但是目前欧洲及国内即将进行的大型粒子对撞物理实验,如果成功将会出现你说的未知公式及未知能量,这也是目前最有可能对未知宇宙进行探索的最靠谱实验。
这个常数应该是简单的自然数,如果不是自然数就不合情理。是那个自然数呢 是56。是铁最稳定的同位素,26个质子和30个中子之和。暗物质是由微小中子团构成,最稳定状态也是56个中子组成团,没有质子,不带电,不发光,微小透明。只有一种作用力,近距离万有引力,作为核结合力。没有电磁力不能成块,只能雾状分布成晕。
宇宙中有什么常数呢 每个星系都是有其各自特别的运动属性的产生和不同的物理力学现象,当你深度理解宇宙之间的太空中的推理是“无质量”的论证体系的规律之时,你会明白宇宙太空中根本没有什么“常数”所说了。
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