宇宙执法者,深层解读“天主粒子”:万物都有质量,但质量到底是若何发生的?

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人类与动物最大区别是意识,那么人类意识什么时候产生的?

人是什么时候大脑开始产生意识,当然是现在这种具有逻辑思维的意识能力,这是两个不同层次的问题。一是从人类这个物种的角度来谈,在亿万年的进化过程,什么时候产生了意识,而与其他动物分道扬镳呢?二是现在的人一出生,从什么时候开始有意识?

宇宙执法者,深层解读“天主粒子”:万物都有质量,但质量到底是若何发生的?   微观粒子的质量,到底是从何而来?为什么费米子、W玻色子、Z玻色子具有质量,而光子、胶子的质量为零?   本文,将会详细先容和解读——天主粒子是什么,微观质量若何形成,以及希格斯机制的详细作用历程。并以通俗易懂的语言,让人彻底明了,在粒子尺度模子理论中,质量的泉源之谜。   相关物理观点,主要参考维基百科词条:希格斯玻色子,希格斯场和希格斯机制。
  天主粒子是什么   天主粒子,实在是一个“艺名”,它的本名称为——希格斯粒子,或希格斯玻色子(Higgs Boson)——它是尺度模子里的一种基本粒子,也是一种玻色子,自旋为零,宇称为正值,不带电荷色荷,极不稳固(平均寿命为1.56×10^−22秒),天生后会马上衰酿成其它粒子。
宇宙执法者,深层解读“天主粒子”:万物都有质量,但质量到底是若何发生的?   以下,把希格斯粒子简称为“希子”。   那么,之以是称希子为天主粒子,是由于寻找到它异常难题(极不稳固容易衰变),而一旦证明了它的存在,就证明了微观质量发生机制的正确性,而且它那时照样尺度模子的预言中,最后一个还未被发现的粒子(2013年已经被证实存在)。   于是,有人为了凸显希子的主要性与发现的难题性,就将它戏称为了——天主粒子。
  微观质量的泉源   简朴来说,微观质量最基本的泉源,是由希格斯场(Higgs Field)发生的。   详细一些就是,在希格斯场中,基本粒子——规范玻色子(W和Z玻色子)和费米子(夸克与轻子)会与希格斯场发生耦合(即相互作用),从而获得质量。这一历程的作用机制,就被称为——希格斯机制(Higgs Mechanism)。   耦合作用(Coupling)——是两个或多个物理量之间,发生了相互作用。这个相互作用,是物理上可以丈量的效应,这个效应的强弱可以用耦合常数来示意。那么,力是相互作用,也就是耦合作用,于是力的强弱可以用耦合常数来示意。   耦合常数(Coupling Constant)——是量子论中,相互作用强度的一种器量。例如,电荷就正比与电磁力的耦合强度,而电磁力的耦合强度使用「精细结构常数」来示意。   精细结构常数——是一个数字,示意电子在第一玻尔轨道上,其运动速率和真空中光速的比值(近似为137.03599976)。   而且同时,希子也会从希格斯场的振动中,被量子化引发(类似电磁场发生光子),通过自耦合而获得质量。   量子化引发——凭据量子场论,所有万物都是由一个或多个量子场制成,每一种基本粒子是其对应量子场的细小振动,就犹如:光子是电磁场的细小振动,夸克是夸克场的细小振动,电子是电子场的细小振动等等。   由此可见,若是希子被证实存在,则希格斯场也就应该存在,同时希格斯机制也就可以被确定基本无误了。   以是,天主粒子——希子的确认,其最主要的意义,就是对希格斯场与希格斯机制的确认——而就是对微观质量(即静质量)起源之谜的最终解答。   那么,凭据尺度模子理论(Standard Model),宇宙空间中的各处都充满了希格斯场,而且希格斯场是源于——希格斯机制应用了自觉对称性破缺,才使基本粒子获得了质量。
  自觉对称性破缺   那到底什么是,自觉对称性破缺呢?   自觉对称性破缺(Spontaneous Symmetry Breaking)——是指某些物理系统,遵守自然规律的某种对称性,然则其系统自己却不具有这种对称性。   举一个简朴的例子:   一个抛硬币系统,正反面是等概率的——这是自然规律(即由数学形貌)的对称性,而一旦抛出硬币落地,正反面就确定了——此时系统自己(即物理现实)的概率就不对称了。   那么,抛硬币系统,就是遵守自然规律的对称性,但系统自己运作却不具有这种对称性。也可以理解为,数学(形貌物理系统)上的对称性,在物理现实中,可能会不具有这种对称性。   可见,自觉对称性破缺——是确定性,从概率的对称性中,随机显现出来,形成不对称性的历程——这就像是一个特定的现实,从数目伟大的一系列的可能性中,随机选择拼集而来,犹如天主掷骰子的历程一样。   然而,无限次抛硬币的统计效果,正反面又会是对称的了。   由此可见,我们的天下——是对称中有不对称,不对称中有对称,这完全取决于整体与局部的相对视角,即:从不对称的局部,上升到整体就会对称,再继续上升到局部,就又会不对称,云云随着视角的上升——整体与局部的不停转变——而云云往复。
  场与粒子   事实上,在量子力学里,真空并不是没有任何物质的空间,而是充满了场与虚粒子的。   其中,虚粒子是无质量、无法直接观察到的粒子,但它会延续地随机天生,或湮灭于空间的随便位置,发生可观察效应,即量子效应(注重只要能够直接观察到粒子自己,就是实粒子,而不是虚粒子)。   而场,理论上它是充满了整个宇宙的量,可以用数学上的一个函数形貌——可见它并不是时空,是界说在时空上的函数。   场,有不能观察的时刻,但由于量子涨落,它又会泛起可以观察的时刻(即通过相互作用来出现)。以是,场充满了宇宙,实在是充满了,可观察和不能观察状态的叠加状态,并会随机的展现出一个状态。   量子涨落——是指在空间随便位置,能量的暂时转变,也称量子真空涨落。从海森堡的不确定性原理,可以推导出这结论。   那么,量子真空,就可以理解为场的真空态——是场能量最低的状态,此时场是不能观察的,而可观察的状态,也就是有粒子的状态——称之为场的引发态。   由此可见,场的引发态发生了(实)粒子,以是可观察,场的真空态只有虚粒子,以是不能观察。   而所有场和粒子,可以分为两类:一类是物质场与物质粒子,如电子场与电子;另一类是规范场与规范粒子,如电磁场与光子。   于是,场就可以看成是,同类型粒子的聚集,而场中的细小振动(即量子化引发),就发生了一类粒子,就如:电子是电子场的细小振动,光子是电磁场的细小振动。
  希格斯机制的应用   在温度(能量)特别高,即跨越大统一温度的时刻,宇宙中充满遍布了——四种无质量规范玻色子和一个希格斯场。   大统一温度——约莫是10^29K,对比起来,太阳中央温度仅为10^7K。   而希格斯场的能量性子和形式,由希格斯势(函数)形貌——它就像一个墨西哥草帽,在草帽顶部能量(势能)最大——具有旋转对称性,在草帽底部能量(势能)最小——不具有旋转对称性。   想象,墨西哥草帽的帽顶有一个圆球,此时圆球具有旋转对称性——对于绕着帽子中央轴的旋转,圆球的位置稳定。而圆球滚落至帽底的随便位置,不具有旋转对称性──对于绕着帽子中央轴的旋转,圆球的位置会改变,除非旋转2π(即360度)的整数倍。   若是说草帽——是希格斯势,那么圆球——就是希格斯场,即:圆球的能量漫衍是一个草帽的形状。而且,圆球处在帽顶,即势能最大,圆球处在帽底,即势能最小。显然,若是能量足够大,圆球就可以维持在顶部——代表其势能最大,但若是能量不足够,圆球就会很容易滚落到底部——代表其势能最小。   于是,当温度(能量)下降,

爱因斯坦:没人看它时月亮就不在那里吗?波尔如此回答!

现实对于大多数人来说,是熟悉舒适并且可靠的,这一切都很有道理,树木向上生长,足球的运动遵照运动规律,而我们所有的一举一动,都发生在熟悉的三维空间里。但是物理学家的看法有所不同,在他们眼里,现实比表面上看来要怪异很多

直到低于大统一温度的时刻,希格斯场的能量(如草帽),就很容易自觉的下降(如圆球的滑落),而在能量最低的时刻(如圆球来到草帽底部),希格斯场不具有对称性(如圆球不具有旋转对称性)。   因此,我们可以说,希格斯场在帽顶,此时希格斯势形貌的物理系统,具有对称性——这代表着自然规律的对称性;而希格斯场在帽底,此时希格斯势形貌的物理系统,其对称性就被打破了。   而在物理现实中,随着温度下降,希格斯场总会趋向最低能量态,即自觉抵达量子真空态。以数学来表述,希格斯场的量子真空态——就是在数学表达上的真空期望值(场可以用数学函数形貌)。   希格斯场的真空期望值——就是希格斯场在最低能量态的平均值。   显然,希格斯场的量子真空态并不唯一,就如圆球可以来到帽底的随便位置——这对应了无限多个(具有相同能量)简并的最低能量态,但在这无限多个的可能性中,只有一个最低能量态会被随机到。   简并(Degenerate Energy Level)——是指对于一个物理系统处于一个能级,所对应的可能的状态和响应波函数,并不是唯一的。   而一旦最低能量态被随机到,希格斯场(如圆球)的旋转对称性就会被打破——造成自觉对称性破缺。   那么,主要的是,最低能量态(只要时间足够长)就一定会被随机到,由于温度下降,高势能会自然趋向低势能(如圆球的滑落)。而这以数学来表述,就是希格斯场的真空期望值不等于0。   由此可见,是温度下降到一个特定值,让希格斯场的真空期望值不等于0,从而导致了自觉对称性破缺的发生。   也就是说,理论上存在无数个可能的量子真空态,而且这些真空态在整体上是对称的,但物理现实只能选择一个,成为局部态,从而让量子真空的整体态,泛起对称性破缺。   那么,自觉对称性破缺,意味着什么呢?——从随机到确定,概率给出效果,可能性酿成现实,虚幻从虚无中涌现,即:希格斯场可以与粒子发生耦合作用了,而正是耦合作用,让粒子获得了质量。   于是,再接下来,希子就从希格斯场的振动中,被量子化引发,通过自耦合获得质量。   再然后,四种无质量的规范玻色子,其中一个继续保持无质量——就是光子,另外三个会与希格斯场耦合,发生了W和Z玻色子,即:W+、W-、Z0三个有质量的规范玻色子。   由此可见,规范玻色子——胶子和光子没有质量,是由于它们与希格斯场不耦合。   与此同时,无质量的费米子(夸克与轻子),也会通过与(无处不在且真空期望值不等于0的)希格斯场,发生汤川耦合,从而获得质量。   汤川耦合(Yukawa’s Interaction)——在粒子物理学中,用来形貌标量场与狄拉克场之间相互作用的量。   而且,汤川耦合是差别于,W和Z玻色子的耦合机制的(注重汤川耦合提出的时刻,希子还没被发现)。   希格斯机制,可以促使其他种费米子获得质量。对于为什么每一种费米子,都有其特定的汤川耦合常数,希格斯机制并没有给出任何说明。尺度模子里的自由参数,大多数都是汤川耦合常数。   最后,希子的自耦合,又是差别于前两种耦合的——由于希子是唯一不依赖于希格斯机制,来获得质量的。
  质量是与希格斯场的耦合   为什么粒子与希格斯场耦合,就会获得质量?   试想,在希格斯场具有对称性,还没有引发出希子的时刻,场里充满了虚粒子,不能观察也不会与任何粒子耦合(即相互作用)。而希格斯场的对称性被打破,希子引发于场的细小振动,此时虚粒子涌现了可观察的——奇妙又玄妙的量子效应。   那么此时,希格斯场就可以与其它粒子发生耦合作用了。   显然,耦合有巨细,即强度,称为耦合强度——可以理解为一种类似于电荷与色荷的器械,其巨细与相互作用粒子的性子、类型、末态相空间等因素相关。   耦合强度可以使用耦合常数及多种因素一起来器量,其效果出现了一种概率,即:耦合概率越大,耦合强度就越大。   相空间——在数学与物理学中,是一个用以示意出一系统所有可能状态的空间;系统每个可能的状态都有一相对应的相空间的点。   由此可见,处在希格斯场中的粒子,若是可以与场发生耦合,就会源源不停的发生相互作用——就像在水中运动的物体,会受到水分子的阻力一样,而且物体质量越大,运动受到的水阻力就越大,此时水阻力带来的就像是,物体的惯性子量一样,是阻碍物体运动状态的器量。   于是,宇宙中的遍布的希格斯场——就像是“粘稠的浓汤”,把质量以概率(即耦合强度)的形式,赋予其中的——规范玻色子(W和Z玻色子)和费米子(夸克与轻子),然后这些粒子复合构建了上层的一切物质。   也就是说,质量最基本的泉源,是希格斯场通过希格斯机制源源不停——“用概率天生的”。   而且,这个概率越大(即耦合强度越大),质量就越大,概率越小质量就越小。显然,差别基本粒子的质量差别,就是由于与希格斯场的耦合概率(即耦合强度)差别。   那么,在尺度模子里,若是温度足够高(跨越大统一温度),物理系统的电弱对称性没有被打破,则所有基本粒子都不具有质量。   也就说,只有能量的高温系统,是不具有质量的——这就是大爆炸的时刻。   此时,电弱作用力与强作用力会统一为电核作用力(Electronuclear Force),通报电弱作用力的玻色子(光子)与通报强作用力的玻色子(胶子)的任何特征性子也都烟消云散,它们的物理行为完全一样。   而若是温度低于一个临界值(即大统一温度),希格斯场就会变得不稳固,随即发生跃迁至最低能量态(即量子真空态);接着,整个物理系统的延续对称性因此被自觉打破,从而W和Z玻色子、费米子就会获得质量——这就是大爆炸之后的冷却时刻。   此时,差别的粒子与(差别强度的)希格斯场相互作用,而粒子的质量,就是由这相互作用(即耦合强度)所决议。这样「W和Z玻色子、夸克与轻子」等等,划分获得其特定的质量,而「光子、胶子」也因此不拥有质量。   由此可见,高温是能量,低温是质量,从高温到低温的冷却历程——就是从能量到质量的转化历程,不外在温度未抵达临界值的时刻,此时温度下降的历程不会发生质量。
  复合粒子的质量   事实上,像质子、中子这类复合粒子的质量,只有约1%是归因于——将质量赋予夸克的希格斯机制,剩余约99%则是——夸克的动能与胶子的能量。   例如,三个夸克被胶子组合在一起,构成了一个质子,其中胶子卖力通报强核力,没有质量。但我们会发现,三个夸克的质量加起来约5MeV,却远远小于一个质子的质量约938MeV,可见约莫只占5%的比例。   那么,质子除了夸克孝敬的质量以外,其它95%的质量,实在就是来自于种种运动发生的——动质量(即由E=mc^2得出的,能量等效的质量)。   第一,夸克和胶子、胶子和胶子在强相互作用,这是强核力的通报历程,这个历程发生的能量,孝敬了一部分动质量。   第二,夸克和胶子的自旋角动量,孝敬了一部分动质量。   第三,夸克和胶子由于夸克禁闭,被困在在狭窄的空间内,凭据不确定性原理——位置可能性越小,动量可能性就越大——于是,这些动量发生的动能,又孝敬了剩下的动质量。   由此可见,我们丈量微观粒子——尤其是复合粒子的质量时,实在测得大部分都是相对质量,而且其中99%的都是动质量,只有1%的是(静)质量。   甚至像光子的质量,100%都是动质量。

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