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如果你是一颗中微子,你的世界会是什么样?

时间: 2019年05月10日 | 作者: Frank Wilczek | 来源: 环球注册新宝GG(huanqiukexue.com)

第四回 | 假如我是一个粒子


撰文 | 弗兰克 · 维尔切克(Frank Wilczek)

翻译 | 胡风梁丁当


我有时候喜欢玩一个“假如我是外星人”的游戏。这个游戏可以说是一个终极版的角色扮演。在游戏中,你可以扮演某个人(这个人可能存在于过去、现在或是将来)、某种动物,当然,也可以扮演一个外星人。甚至,你可以化身为一个量子粒子。


“现代物理”这部大戏有一群性格怪异的角色。剧中的这些角色当然都不是真人,没有常人所有的感觉、动机或者习惯。但是我们人类的大脑是为了适应社会化生活而进化来的,拥有强大的代入思考能力,使我们可以毫不费力的进入这些角色。用人性化的语言把抽象的概念表达出来非常有教育意义——并且很有趣。


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以希格斯粒子为例。它们遍布整个空间,却又彼此排斥,紧紧地堆叠在一起。我们并不能直接感觉到希格斯粒子的存在,因为它们所构成的背景是静止不变的——神奇的造物主大自然让我们在进化的过程中选择忽略这个背景。


希格斯粒子只有在吸收了极高的能量后才能够摆脱束缚,成为一个自由粒子。一旦得到自由,希格斯粒子只有10-22 秒的寿命,之后很快衰变成质量较轻的粒子——这些粒子可以被人类所探测到(2012年CERN首次探测到了这样的事件)。


现在让我们来倾听,一个希格斯粒子的自白:


我已蛰伏了上千年。或许,我将永远的蛰伏下去。但我辗转反侧,梦想着新生。偶尔,我也会躁动,甚至相当激烈,但都徒劳无功。我身陷无数个自己的克隆体之中,与同样沉睡的它们牢牢地挤在一起。我不能走远,更无从逃脱。于是,我便这样一直蛰伏着,哪怕骚动不安。


人类看不见我。即使多少了解我的人,也只会认为我不过是一个虚无的存在。


偶尔发生的一次能量爆发,会突然将我惊醒。如果我保持警觉,又足够走运,我就能够吸收其中的能量,在来自那些克隆体的强大阻力还来不及制止我的时候,改变爆发的进程。这可能微不足道,但这就是我扰动宇宙的方式。


我希望,有那么一天,我能抓住瓶中的一道闪电,攫取足够的能量来挣脱束缚。我知道,获得自由的刹那,也将是我生命的终点。然而,就像那些为了繁殖后代而赴死的鲑鱼一样,我渴望着完成我的使命。因为,在消失于爆炸中之前的那短短一瞬,我将能感觉到存在的狂喜——在满怀极乐里飞升。


再考虑一下中微子,一种通过弱力与其他物质发生相互作用的粒子。这种作用力是如此的微弱,以至于一个中微子可以轻易地穿透一光年厚的铅。太阳内部的核反应在带来光明与能量的同时,会产生大量的中微子。物理学家对它们的性质进行了详细的实验研究,成绩足以彪炳史册。


中微子分为三种。它们具有明显的共同家族特征,但对与之相互作用的粒子却有不同的偏好(尽管发生相互作用的时候很稀少)。当一颗中微子年龄渐长,它的性质将发生改变:随时间推移,它会转变成一个周期变化的混合体——这种混合体同时包含了三种不同的中微子,这就是“中微子振荡”。


现在让我们化身成一个中微子,来叙述它的故事:


我的诞生是一个意外,是太阳中心狂舞的原子核偶尔甩出的一滴汗珠。如此的我,生来便注定要奔跑不休。我以接近光速的速度前进着,从不回头。我观赏着沿途的风景,却从不为之驻足。我喜欢这样不停地奔跑。


随着时间流逝,我发现我的视觉开始发生变化。有时候,我眼中的电子显得特别的明亮;有时候,它又变得暗淡。循环往复,非常怪异。


或许有一天,我会遇到那个特别的电子或者夸克,让我想结束这种自由流浪的生活。有一个微弱的声音在我耳边说,我需要储蓄能量,繁衍后代。但这有风险,因为在这个过程中,我的能量可能被削弱,我甚至可能变成完全不同的另外一种粒子:电子、μ子,又或是我最害怕成为的重轻子。那样的话,我的自由生活,甚至是我的生命,就将从此结束。因为重轻子在1微微秒内就会发生衰变。


我想,这天最好还是晚点到来吧。