狭义相对论表达了
外部自由度空间流形和时
间流
形之间的连系
定域规范不变性表
达了外部自由
度流形和内部自由度流形之间的连系
高
能
物理学发展的回顾与展望下
朱
洪元一
!
一毒素戴石干娜细
续上期
标准模型理论
显然还需要提高 但今后一段时期
的
发展不会像∀# 年代、
∃#
年代、%# 年代那样快 因
为没
有出现和理论相矛盾的实验结果来指引理论发展
的方向
, 只能根据现有理论研究的长远目标和理论本
身所包含的内部矛盾
来进行探索
回想在
本世纪& ∋ 年代, 中子还没有被发现, 认识
到的基本粒子
只有两种( 电子和质子 当时已经发现
的基本相互
作用只有两种( 万有引力相互作用和电磁
相
互作用
理论中的基本参数只有六个(
左
、) 、∗
娜
一、形一、+ 、, −
当
时许多理论物理学家期望, 假使能建立万有引力相
互作
用和电磁相互作用、电子和质子的统一理论, 从中
将
三个无量纲常数
+ .
/
方
) / 0 1
竺
卫! 二/ 2 0 ‘
邢
3
、
邢, 机,
左
+
一
0
.
4 / # 一‘/
推
导出来, 那末我们就终于达到最终理论5 6 + 7 8 9 7:
;
< + 8 9 8 五=> ?
·
爱
因斯坦和爱丁顿在他们的后半生中致力于这种
探索
, 但都没有成功
从
那时到现在又发现了二种基本相互作用( 强相
互
作用和弱相互作用≅ 发现了几百种前所未知的粒子,
已
知物质的“ 基本”组元从两种增加到0# 种以上 理
论
中的基本物理参数从∃ 种增加到./ 种 理论上需
要
解释的无量纲常数从0 种增加到/2 种 看来即使
.#
年代最伟大的物理学家也将宇宙看得太简单了 在
.
。年代提出来的问题到今天已经发展为( 如何统一
地理解
轻子、层子、光子、
Α
十· Α 一&# 中间玻色子、
胶子
、引力子、希格斯粒子等一切粒子和它们之间的一
切
基本相互作用≅ 如何建立一个基本理论, 能统一地解
释
所有的实验结果, 又能统一地将/2 个无量纲常数从
这
个理论本身中推导出来 显然, 自从.# 年代以来,
我们
对自然界的认识扩充和深人了很多 在另一方面
也
使我们进一步认识到宇宙的深广和我们的无知
我
想
, 认识到我们的无知是一大进步 这将激励我们更
加努力
向更高的目标去探索
标
准模型理论和广义相对论中的一小部分参数来
自规
范场和万有引力场部分, 因此和物理规律的对称
性有关
要减少来自这方面的参数, 看来得探索物理
现
象深处是否隐藏着更大的对称性目前理论探索中
相当大一部分就
属于这一个方面如
大统一
理论
超对称
理论
超引
力理论
超
弦理论
在
/2 个无量纲参数中, 绝大部分来自希格斯场部
分
, 因此和对称性的破缺有关, 一切粒子的质量都和希
格
斯场有关质量不仅是一切粒子的一个基本性质,
而且是万有
引力场的源而且不同代的粒子之间的连
系
也是通过希格斯场实现的
在另一方面, 理论中和
洲卜
≅, ‘( 加, (曰叫冲冲洲(心以知洲, 二润卜( 闷卜知, 洲(Β 峨加加加Β≅# 心为卜≅润润二
得
到类似的结果近年来, 朗道尔
ΧΔ ‘ > Ε Φ Γ + 8 等仔细分析信息处
理中的能
量极限, 认为在理想化的
计算
和测是等过程之中, 不可避免
的能
量消耗仅在于将存储的信息抹
去
, 对于一个比特的信息, 也正好等
于
凌别。? 。.
这样, 殊途同归, 结论
基
本相同我们不妨回头奔对图. 所示的
西拉德的
理想机器的间题作一定量
的分析
当妖精对分子的位置在左
还是右作出判断
, 提供正好一个比
特
的信息, 最少需要友5 Δ叹, . 的
能
量
但他利用信巳使单分子气体
膨胀作
功, 这相当于气体容积加倍
的真
空膨胀, 提供的功为灸5 魄, .
两者正好得失相抵
最近有人来探讨仄精是否有采
集
信息更经济的方法, 提出将−个
西
拉德机器祸合起来, 能否有利可
图
当等到−个分子同样都处在左
侧时
, 妖精才宋操纵机器作功这
些对
外作功等于−灸5 Η帷. , 而清
除信息所需能
量仍为夭5Ι 呀, . , 似
乎有
利可图了。但是且慢, −个粒
子都
在一侧的几率是非常小的, 对
应于极其难得的涨落
, 需要等待很
长的时间
类似于斯摩罗柯夫斯基
设想的利
用布朗粒子来作功的机
器
, 实际上还是行不通的通过以
上的分析
, 似乎可以得出结论, 信息
处
理所消耗能量的下限还是由热力
学第
二定律所规定的, 否则将导致
第
二类永动机的问世到头来, 妖
精虽然神通广大
, 还是象孙悟空一
样
, 翻不出如来佛的手掌心待续
希
格斯场有关部分的形式还特别繁杂这和希格斯场
的祸合是汤
川型有关, 没有规范场的祸合方式那样严
密
例如希格斯场和轻子场、层子场的对角藕合常数
为
?
, 一. ϑ/ # 一∃
?
户一Κ ϑ/ # 一‘
宫
( ! % ϑ/ #一,
?
占! . ϑ/ # 一.
?
‘二∃ 4 / # 一卫
大
小相差竟达五个数量级希格斯场和层子场间的非
对
角相互作用常数由3 Λ Μ 矩阵元表达、决定这些矩
阵
元的参数的目前的实验值为(
日
( , , / .
∃ # 一/ .
Ν #
2
( ( 。.
% # 一0 0 #
白
( , #
。, % # 一#
Κ #
它们相差最
大也达两个数量级因此弄清楚希格斯场
的实
质是什么Ο 对称性自发破缺的物理机制是什么Ο
是非常重要的问
题目前进行的如(
对称性的动力
学自发破缺理论人工色理论
等
等的研究就是属于这方面的探索
希格斯场部分之所以包含有如此多参数的另一个
原
因是( 轻子和层子各有三代
假使只有一代, 那末
这部分
的参数就只有, 个其中的无量纲参数的大小
也就不会相差
如此多的数量级我们对于“代”这个自
由度的实
质是什么, 几乎一无所知, 必须对之进行探
索
三代轻子和层子的一部分性质虽然差别很大, 但
不
同代中的轻子的超荷和同位旋相同, 不同代中的层
子的超荷
和同位旋也相同而且轻子和层子的电荷又
相互
匹配得恰巧能使标准模型理论具有内部自洽性
可以将轻子和层子排列成为下表(
这
种表在形式上和化学元素周期表有些类似因
此
正在探索卜轻子和层子是否也是具有内部结构的复
合
粒子人工色理论则在探索希格斯粒子是具有内部
结构的
复合粒子的可能性也有人在探索Α Π · Α 一
Θ#
中间波色子也是具有内部结构的复合粒子的可能
性
因此探索物质结构的下一个层次也是当前高能物
理基础
研究的一个方面从物理学发展的历史看, 这两个研究方向从来就
是
物理学中两个非常重要的, 而且又相互密切连系的
研究方向认识到空间
No comments:
Post a Comment