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乘法口诀表-科学家验证“平行时空”:科幻情节真要走入实际国际?|新京报专栏

海外新闻 时间: 浏览:237 次

自在中子有百分之一的或许性穿越到镜像国际?科学界不回绝哪怕最古怪的猜测,但要经过查验之后才干成为科学理论。实际上,科学家们也不抱达观情绪。

电影《来临》剧照

文 |孙正凡

在科幻小说和影视文化里,网友们有一句吐槽十分生动形象:逻辑不通,平行时空;编不下去,量子战衣。就像灭霸打一个响指就能消灭国际,从头loading进程相同,平行时空、量子不确定性,这些令人难以捉摸的科幻设定,让科幻故事主角具有了“超才能”。

可是你知道吗?平常慎重到一丝不苟的科学家们,被科学莫生气难题逼到百般无奈之时,也会祭出“平行时空”这样不那么靠谱的设定,希望能解说在前沿科学里困扰科学家们数十年的不解之谜。

近来,据《新科学家》杂志(New Scientist)报导,田纳西州橡树岭国家试验室(橡树岭是人类前史上第一枚原子弹的诞生之地)的物理学家利娅•布鲁萨尔(Leah Broussard)和她的团队,企图在试验室里检测镜像平行国际是否存在,来处理在中子衰变研讨范畴现已存在了40年的一个难题。

用科幻设定来处理科学问题,这究竟是怎样一回事儿呢?

什么是镜像平行国际

其实,所谓科幻设定,原本便是用来进行科学发现。比方镜像平行国际,实际上触及两个根底量子物理学概念,宇称(镜像对称),以及概率解说延伸出来的“平行时空”。

在咱们日子里,能够看到许多简略镜像,也便是左右对称的图形。经典物理学范畴,左右方向也是彻底共同乘法口诀表-科学家验证“平行时空”:科幻情节真要走入实际国际?|新京报专栏的,镜子里的国际跟镜子外的国际都能够完美地存在。但在量子力学范畴里,这种对称性被杨振宁和李政道发现的“宇称不守恒”打破了,然后揭开了其时闻名的“-之谜”,即在弱作用力(四种根底作用力之一)参与的核反应进程中,宇称是不守恒的。

不仅如此,杨、李还规划出了试验来证明这种不守恒导致的效应,华人科学家吴健雄女士很快做出了其间一个试验,然后证明杨、李的理论是对的,推翻了长期以来默许的“宇称守恒”,震动了物理学界。——在量子力学里,镜子里边的国际,跟镜子外面的国际,居然是不相同的。

所以,杨振宁和李政道在1956年10月宣布了论文,吴健雄随后给了试验验证,诺贝尔奖委员会立刻在1957年把诺贝尔奖颁给了其时只需35岁的杨振宁和31岁的李政道。

至于平行国际,科幻迷现已很了解了。在量子的概率波解说里,关在箱子里那只不幸的“薛定谔的猫”,在被观测之前,既是死的,也是活的,是两种状况的叠加态。在被观测之后,把它了解变成只需一种状况,要么是死的,要么是活的。

那么,另一种状况哪里去了?有一种解说以为,另一种状况仍然存在,是咱们的国际发作了割裂,在平行时空里,那只猫变成了另一种状况。量子国际的这种改动和解说,跟咱们日子经验、经典物理是彻底不共同的。可量子国际的规则恰恰如此,关于这种“平行国际”解说,赞同者无法证明,反对者也无法证伪。那就……随他去吧。看看,咱们了解的科幻假定,居然来自科学家开始的想入非非。

电影《星际穿越》剧照

中子衰变难题40年,逼出了“镜像平行国际试验乘法口诀表-科学家验证“平行时空”:科幻情节真要走入实际国际?|新京报专栏”

报导中的主角利娅•布鲁萨尔(Leah Broussard)在闻名的橡树岭国家试验室研讨中子物理。中子,便是简直一切原子核里都存在的那种不带电的粒子。它有一种独特的性质,在原子核里它性质很安稳,能够长期存在,虽然有时分也不厚道,会发作衰变,从中子变成质子,趁便扔出来一个电子和一个中微子(让杨、李替华人拿到第一个诺贝尔奖的,便是这样一种核衰变)。

可假如中子一旦取得了自在,它们当即进入变老期,发作衰变,每过大约15分钟就会丢失一半(这个时刻叫做“半衰期”)。

问题就出在对自在中子“大约15分钟”的准确丈量里。中子物理学家们有两种办法来丈量它,一种办法是将它们阻隔在一个“瓶子圈套”中,让它安静地待着,自在衰变,过必定时刻后在数一数剩下的数量;另一种办法是从核反应堆里取出一束奔驰的中子,在奔驰路线上设卡计数,数中子衰变之后发作的质子数。可这两种方法得到的半衰期效果总是迥然不同——前者为14分39秒,后者为14分48秒。也便是说,大约900秒的时刻,两个效果差了9秒钟。

无论是原子弹诞生地的科学家,仍是其他国家的科学家们,无数次重复这两类试验,差异总是存在——不是哪个科学家大意弄错了,或许是试验仪器的问题。40年来,中子物理学家们费尽心机想弄清楚,究竟是哪里出了问题导致这种效果不共同——无论是牛顿仍是爱因斯坦都向咱们拍着胸脯确保过,无论是安静的、仍是奔驰的粒子,它们的规则应该是相同的啊。

就像在科幻故事里那样,面临在咱们这个国际,依照慎重的科学逻辑打死都无法圆上的“情节”,橡树岭国家试验室的利娅•布鲁萨尔和搭档们被逼祭出了科幻作家常用的法宝:平行时空,并且是镜像的。

这个解说便是,或许真的存在镜像平行国际,在奔驰的中子束里有1%的中子,具有穿越到镜像平行国际的才能,它们也发作了衰变,仅仅不是在咱们这个国际发作的,那些衰变出来的质子就丢了,观测效果就“显得”半衰期长了一些。(这个猜测,是在2012年一篇论文里说到的。)

试验没有打开,效果并不达观

怎样证明“中子穿越到了镜像平行国际”呢?布鲁萨尔的试验规划看起来有些“想入非非”:她幻想的是让中子从头穿越回来。为此,要设置一堵厚墙,这堵墙是咱们这个国际里的中子无论怎么无法穿透的。

可依照“镜像平行国际”假定,那一束奔驰的中子束里,有些中子无须陷在墙里,在其他中子迎头撞墙,陷落在墙里的时分,它们到另一个国际去逛了一圈,相当于绕过了墙,然后穿越回来,呈现在了墙后边。

所以,科学家们的主意是在墙后边设置勘探设备,捉住这些使用镜像平行国际成乘法口诀表-科学家验证“平行时空”:科幻情节真要走入实际国际?|新京报专栏功翻墙的“奸刁”中子。这样一来,两种丈量中子半衰期的试验就能够取得共同效果了。

不过现在来说,做出任何点评都还为时过早。由于这个试验幻想虽然完成了,何时展开还需要等候另一个前期试验的效果剖析。而掌管那个试验、还在剖析数据的科学家说:“虽然得到任何效果的或许性都很小,但这是一次简略且并不贵重的试验,假如一场物理学革射中或许会发作好的效果,那么咱们有必要测验。”

听听,取得成功的“或许性很小”,那么为什么还要做这些试验呢?由于“简略且并不贵重”。也便是说,由于中子物理学家们对这个问题现已探究了40年,效果失望地发现,其好像在咱们这个国际里底子找不到答案,所以,那些带有科幻颜色的主意就进入了科学家们的视界。又由于本钱乘法口诀表-科学家验证“平行时空”:科幻情节真要走入实际国际?|新京报专栏真实廉价,这样脑洞大开的幻想才或许被付诸施行。

也便是说,它或许是一次改动科学进程的巨大试验,但概率真实太小,更或许是若干年后咱们开科学家们的打趣才会想起来的趣闻罢了。

怎么了解科学家查验“科幻设定”

爱因斯坦在他的科普著作《物理学的进化》里,曾把科学研讨比作一个侦察在破案。可是,跟一般侦察小说不相同的是,科学家们不或许先翻到结束去看终究答案。在破案进程傍边,没有任何人能够事前知道终究答案是什么,什么时分才会呈现。乃至更为为难的是,像霍金这样的科学家还以为,咱们未必能够有终究答案。

可是,在一个一切人都束手无策的科学难题上,科学家们不会回绝任何的或许性,哪怕是“镜像平行时空”这样连规划者都未必真实信任的解说。可是,科学家们也不会停留在科幻幻想上,要想供认或许否定(证明或许证伪),就有必要寻觅能够阐明问题的试验根据。

实际上,这个事也能够帮咱们了解,科学里边的理论解说和试验验证之间的联系。在现代科学里,科学试验是为了查验(证明或许证伪)某种科学理论猜测。也便是说,任何科学试验在履行之前,都有必要要有满足的根据阐明,它才是有价值的。像这样的镜像平行时空的假定,从理论上而言,是并不太靠谱的,可是这个试验规划有一个优点,便是他的本钱十分低,技能都是现成的,所以这个试验才得以顺畅地进入到施行阶段。

另一个启示是,科学试验规划的定论有必要是敞开的,任何一位科学家都有必要要承受科学试验所给出来的任何或许的效果:证明或许证伪。假如这个试验在“不或许穿透的墙”后边真的勘探到了中子信号,那么,想必物理学家们会大吃一惊,会有更多的同类试验进行查验,也会有大批理论学者们对平行时空假定进行火热的讨论,掀起一场物理学新革新。

当然还有一种或许性,也便是连规划者都以为的,便是这个试验并没有勘探到任何中子信号。也便是说,至少这个试验会下降“镜像平行时空”这个假定存在的或许性——今后的科幻作家用起这个概念也会更慎重吧?

当然,这种两层或许性恰恰是科学试验最具有魅力的当地。关于许多国际闻名的大科学设备——比方,欧洲核子中心的大型强子对撞机,一些科学谈论写道,假如它能够依照理论预期,做出一些科学发现,咱们能够喝彩,这是现代物理学的巨大胜利。

可是,科学家们内心深处,或许更等待它们给出不相同的效果。这会让科学家们更为振奋,由于这意味着试验指出了现在的科学物理模型存在的问题和缺点,迫使物理学家们逾越它,在更深层次上对现代物理进行革新。

可是,未来的答案究乘法口诀表-科学家验证“平行时空”:科幻情节真要走入实际国际?|新京报专栏竟在什么方向?连最前沿的物理学家们也并不知道,所以人人欢迎哪怕是最奇特的主意。当然“谁主张谁举证”,提出主意的人有必要像这位科学家相同,提出最好比较本钱比较低的查验计划。咱们也有必要供认,终究答案在哪里,咱们仍然不知道。也或许在多少年之后,人们回过头来看前史,发现即便是现在科学家们最狂野的幻想,也显得过于保存了。

□孙正凡(天体物理学博士)

修改:李冰冰 校正:李立军

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