故事讲什么?
物理学家的终极目标就是探索世界的本质,因此建造了超巨大的粒子加速器,以此来轰击夸克,试图窥探物质世界最深层的秘密。他们分成了两个不同的学派,一派认为夸克是物质的最小单位,不可能被击破(赫尔曼·琼斯为代表);另一派认为物质无限可分(丁仪为代表)。不过他们有个共同之处——坚信这个试验能揭开真相。
可是,试验出现了意想不到的结果,既没有显示夸克被撞碎,也没有显示它保持完整,试验数据完全不可理解。但是他们却发现外面的世界变了样,夜空突然变成了乳白色,星星变成了黑点,电视中千里之外的地方也是如此,宇宙似乎反过来了!
当再次轰击试验之后,世界又变回了原来的样子。原来宇宙的时空形状跟地球类似,从表面的任何一点一直走,最后都会回到原点,所以一直向微观深层走去,当走到尽头,又回到了整个宏观。所以宇宙在正反之间经历了一次循环!
微观的尽头脑洞在哪里?
脑洞一:撞击夸克
根据目前的研究,夸克是理论上最小的粒子。然而我们却不能直接观察到夸克,是因为“夸克禁闭”现象,使得它不能够直接被看到或分离出来,只能够在强子里面找到。夸克相互结合形成强子,强子中比较熟悉的中子和质子构成原子核,原子核和电子则构成原子,原子互相结合就是我们熟知的分子。
我们再回到夸克,目前已知的夸克有六种,分别是上、下、奇、粲、底和顶。上及下夸克的质量是最低的。而较重的夸克会通过粒子衰变的过程迅速地变成上或下夸克,我把这比喻成一个楼梯,要么下来底层,要么上到高层,停留在中间是没有意义的。因此上、下夸克一般来说很稳定,在宇宙中很常见。而“楼梯”中间虽然没有意义,但总需要经过,所以其他四种夸克也会出现,只是很快就衰变了。
强子的夸克模型是年美国物理学家默里·盖尔曼和乔治·茨威格各自独立提出的,不过夸克的名称则是采用前者的。这词是取自詹姆斯·乔伊斯的小说《芬尼根的守灵夜》的词句——
向麦克老人三呼夸克。(ThreequarksforMusterMark.)
夸克存在的证实是由斯坦福直线加速器中心—麻省理工学院合作组在年到年期间,利用当时最先进的二公里电子直线加速器就电子对质子和中子的深度非弹性散射所做的一系列开创性的实验完成的,这项工作还获得了年的诺贝尔物理奖。虽然看不到,但人们最终还是承认夸克的存在!
但到底有没有比夸克更小的粒子呢?目前实验室是无法证明的,甚至连做试验的条件都没有。但是我们可以大胆猜测——假如现在的宇宙是由奇点大爆炸而来,那在此之前等于无,什么都没有,又可以当成无限,什么都有。在零和无限之间,似乎可以有更小更小的单位,那组成宇宙的粒子是不是也是一样呢?
夸克模型脑洞二:公里的粒子加速器
目前世界上最大的粒子加速器是欧洲大型强子对撞机(LHC),它的环形隧道长达27公里,不到小说中的五分之一。
粒子加速器,是使带电粒子在高真空场中受磁场力控制、电场力加速而达到高能量的特种电磁、高真空装置。看起来高大上,其实生活中并不少见,我想很多人对以前的前后长长的电视机还有印象吧,里面就是用到粒子加速器——阴极射线管,就像花洒一样,把粒子喷到屏幕上,使我们看到图像,有序时候就是正常图像,无序时候就是一片“雪花”。
应用加速器产生的电子束或X射线进行辐照加工还应用到工业、农业、医疗等行业中,比如射线照相法,用X射线对工件进行照射,然后将真实状况反应到胶片上,就像我们体检时拍X光一样,既能了解情况,又不会造成实质伤害。还有,同样原理的放射性治疗也是我们熟知的医疗手段。
可见粒子加速器既改变了我们的生活,又更新了对世界的认识。为了对世界有更深层次的探索,粒子加速器将会越造越大,有权威报道称中国将在-年建造全世界最大的粒子加速器,环状周长在50-公里,比欧洲的大上不止一倍。建成之后,毫无疑问我们将会对世界有更深的了解!
大型粒子加速器脑洞三:人类实验产生宇宙负片
首先,我们来了解负片,这是摄影中的一个术语,是经曝光和显影加工后得到的影像,其明暗与被摄体相反,其色彩则为被摄体的补色,比如现实中的黑在胶片上显示为白。现在很多手机拍照都会有曝光的滤镜,其实就是负片效果,你随手就可以试试。
那宇宙负片就可以想象成上帝在用曝光的滤镜拍照,效果正如小说所写的那样,夜空变白色,星星变黑点。这个概念最早出现在阿瑟·克拉克的《太空漫游》——
“白色天空里的这些黑洞是星星——他很可能是在看一张银河照片的底片。”
而大刘对这个概念进行了延伸,宇宙负片不再是非人力所及的高等空间,而是人类科学实验的意外产物。
现在科学家不是在猜测有反物质的存在吗?也就是正常物质的反状态,由反粒子构成的,比如反电子、反质子等等。假如是真的,那么宇宙不是也可以反过来吗?而反过来的宇宙呈现出来的样子就是宇宙负片。
星系的负片效果若有不对的地方,欢迎指正和交流!