現(xiàn)實(shí)對于大多數(shù)人來說,是熟悉舒適并且可靠的,這一切都很有道理,樹木向上生長,足球的運(yùn)動遵照運(yùn)動規(guī)律,而我們所有的一舉一動,都發(fā)生在熟悉的三維空間里。但是物理學(xué)家的看法有所不同,在他們眼里,現(xiàn)實(shí)比表面上看來要怪異很多,最簡單的例子,你總會感覺到自己站著沒動,但事實(shí)上你正以非常快的速度環(huán)繞太陽,你還會感覺到自己是個實(shí)體,但事實(shí)上你身體的絕大部分其實(shí)是空無一物!所有發(fā)生在你周圍的一切,包括時間的流逝或許只是個幻覺!
對現(xiàn)實(shí)真相的探索,帶領(lǐng)著科學(xué)家們到所有表象之后去試圖揭露它的基本定律和結(jié)構(gòu),但是當(dāng)你試著去定義它,現(xiàn)實(shí)會變的相當(dāng)難以捉摸,現(xiàn)實(shí)似乎又上升到了一種哲學(xué)概念,就是我們假定某種情景是真實(shí)的,但這好像又沒什么意義!
從某種意義上講,要理解現(xiàn)實(shí)是相當(dāng)令人氣餒的挑戰(zhàn),但這并沒有阻止物理學(xué)家挑戰(zhàn)不可能的任務(wù),試著去查明,它是由什么構(gòu)成的。而幾個世紀(jì)以來,他們用意想不到的原始手段來處理這個問題,他們將現(xiàn)實(shí)撞成碎片!
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室,是一間位于芝加哥附近的高能物理實(shí)驗(yàn)室,那里有美國最大的粒子加速器,兆電子伏特加速器,但就和現(xiàn)實(shí)本身一樣,它隱藏在視線之外。
費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)子反質(zhì)子對撞機(jī)位于地下十米,在那里質(zhì)子反質(zhì)子會進(jìn)行每秒一千萬次的碰撞,每一天那里的物理學(xué)家都在挑戰(zhàn)已知的極限,那也是宇宙中一些最激烈的撞擊事件。
在地下六公里長的覆蓋著超導(dǎo)磁鐵的真空環(huán)型管中,兩個亞原子粒子以接近光速產(chǎn)生撞擊,科學(xué)家的目標(biāo)是在這些撞擊的碎片中找出現(xiàn)實(shí)的基本粒子,非常微小而且無法被破壞的粒子。
但是在這戲劇化的技術(shù)中有一個小障礙,當(dāng)一個質(zhì)子和反質(zhì)子產(chǎn)生撞擊,會制造出一些能量,而且單單一次的撞擊,就可以產(chǎn)生數(shù)百個粒子,科學(xué)家需要將它們識別出來。而處理這個相當(dāng)基本的問題是粒子物理學(xué)最近幾十年所面對的難題,這需要結(jié)合非凡的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù),這個難題由原子開始。
原子曾被認(rèn)為是唯一的基本粒子,當(dāng)實(shí)驗(yàn)學(xué)家們第一次撞擊它,他們發(fā)現(xiàn)了更小的組成部分,電子,中子和質(zhì)子,當(dāng)他們試圖撞擊質(zhì)子,他們面臨了不同種類的難題。微小的粒子需要很高的能量來讓它們分解,這代表著需要建造更大的機(jī)器,但當(dāng)這項(xiàng)工程完成后,所帶來的是出乎意料的詫異。
實(shí)驗(yàn)學(xué)家們進(jìn)行的第一次質(zhì)子碰撞,不是只有產(chǎn)生幾個新的粒子,而是上百個,這些粒子中包括η介子,K介子,π介子,μ子,Σ超子,電子和其他的介子,這些重子和介子有著讓人迷惑的復(fù)雜種類,集合起來,它們成為了我們所稱的“粒子動物園”,一個現(xiàn)實(shí)層面上的全新發(fā)現(xiàn),但沒有人能回答的問題是,哪一個是基本的?而且我們熟知的物理定理在那里幾乎完全沒有用,這讓人陷入了困境!
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理論學(xué)家試著做出一個簡單并且漂亮的解釋,它們是由一些更為基本的單位組成,他們把這些新的粒子組合稱為“夸克”。總共有六個夸克經(jīng)由理論被描述出來:“上”和“下”夸克,“奇”和“魅”夸克,還有“底”和“頂”夸克。
起初,沒有人相信它們是真的,然而它們存在的跡象開始顯現(xiàn)。不久之后,這些想象中的粒子被發(fā)現(xiàn)了,直到理論遇上了瓶頸,頂夸克仍舊未被發(fā)現(xiàn),不是他們還未找到,就是它根本不存在。
于是物理學(xué)家決定重新建造更為強(qiáng)大的加速器,以尋找頂夸克。頂夸克被預(yù)測是六個夸克中最重的,就算它真的現(xiàn)身,也只會存在不到百萬兆再百萬兆分之一秒,科學(xué)家們必須進(jìn)行數(shù)兆次的撞擊,只為了最終能檢測出其中的幾十次撞擊制造出了頂夸克。經(jīng)過了數(shù)年堅持不懈的努力,物理學(xué)家終于找到了頂夸克,但隨之而來的是一個現(xiàn)實(shí)中更大的謎題:夸克是由什么構(gòu)成的?
在粒子物理學(xué)家絞盡腦汁要簡明化的同時,還有一大群其他分支的物理學(xué)家提出疑問:這個我們所知的現(xiàn)實(shí),是否真的存在?物理學(xué)家曾經(jīng)做過個著名的實(shí)驗(yàn),叫做“雙縫實(shí)驗(yàn)”,它享有盛名因?yàn)樗尸F(xiàn)了兩個現(xiàn)實(shí)世界中的驚人矛盾,而沒有人可以做出完全的解釋。
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實(shí)驗(yàn)不是很難,只需要激光,雙縫裝置,光只能夠從兩道縫隙穿過,然后達(dá)到顯示屏幕。試驗(yàn)中一次只發(fā)射一顆光粒子通過縫隙。當(dāng)激光發(fā)出一顆光子,有的會穿過縫隙,有的會彈開來。
但問題就在這里,就算一次只有一顆光子被發(fā)射出去穿過縫隙,它們沒有形成兩條線,而是神秘地形成了三條。物理學(xué)家解釋,會產(chǎn)生這樣的多條紋圖案是因?yàn)楫?dāng)用激光束向雙縫裝置發(fā)射時,因?yàn)槭枪馐怨馐且圆ǖ男问奖憩F(xiàn),形成了經(jīng)典的明暗相間的條紋。
但是令人難以理解的是,一顆單獨(dú)的粒子是如何形成了波狀條紋?這里產(chǎn)生了矛盾。一方面,一次只讓一顆粒子單獨(dú)穿過縫隙,另一方面,這些條紋代表它們是波,同時穿過了兩道縫隙,怎么會有東西能夠在同時穿過兩道縫隙呢?看起來似乎一顆單獨(dú)的光子能夠以某種方式分裂成兩顆,然后同時通過了兩道縫隙,而這違反了所有我們已知的自然定律!
之后物理家同時實(shí)驗(yàn)證實(shí),不只有光子行為詭異,原子核分子也一樣。也許有人會問,為什么不觀察量子現(xiàn)實(shí)呢?但這就是事情變得更加詭異的地方。如果在縫隙旁擺上偵測器,神秘的行為停止了,光子表現(xiàn)的就像是子彈,如果把偵測器拿走,神秘的復(fù)數(shù)條紋再次出現(xiàn)。
這相當(dāng)讓人驚訝,看起來我們可以改變現(xiàn)實(shí)的行為模式:只需要看著它就可以改變,這同時也代表了現(xiàn)實(shí)本身有著神秘的另外一面。
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量子理論的矛盾就連愛因斯坦也失去希望。愛因斯坦和好友波爾之間有個很有名的故事,有一天愛因斯坦問波爾:你是否真的相信,當(dāng)沒有人看月亮的時候,月亮就不在那里?而波爾的回答是:你能提供給我一個反向證明嗎?你是否能夠向我證明,當(dāng)沒有人看著它的時候月亮一直在那里?
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這顯然是不可能證明的,沒有人看怎么知道它到底在不在那里?
最近幾十年,物理學(xué)家對量子力學(xué)在現(xiàn)實(shí)中代表的意義有很多辯論,目前還沒有一個完整的答案和解釋。目前看來只能說,現(xiàn)實(shí)比我們想象的更加詭異,所有的事物都有能力一次穿過兩道縫隙,但我們永遠(yuǎn)看不到,這一切都太不可思議!
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