两种基本力的结合(上):电弱力的基础知识
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例如,电磁力以我们可以观察到的形式存在于我们的周围,它的作用范围理论上是无线的,并且相对较强。另一方面,弱力非常弱,我们无法直接看到它,因为它在小于质子直径的范围内有效。为什么这两种看似不相容的力量在基本层面上是一样的呢?事实证明,将这两种力结合起来的关键就是希格斯玻色子。 弱力在这方面是独一无二的,它是唯一能改变基本粒子特性的力。在这种情况下,下夸克变成了上夸克,中子变成了质子。这种弱力衰变对原子的稳定性非常重要,在为太阳提供能量的核聚变反应中也扮演着重要角色。没有它,太阳就不会照耀,我们也就不会存在。 一些物理学家已经注意到一些线索,表明弱力和电磁力可能有关,这其中就包括诺贝尔物理学奖得主谢尔登·格拉肖。首先,虽然电磁力在大尺度上比弱力强数百万倍,但两种力的理论强度在小尺度上(质子直径的千分之一)是相同的。此外,理论模型预测的Z玻色子是不带电荷的,这一点和光子一样。 |
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简单易懂的费曼图和量子电动力学(下)
有必要考虑量子电动力学中的所有费曼图。它允许我们为每种情况计算一个数字:通过对所有这些不同振幅的场景进行叠加,费曼图与其说是对真实现象的描述,它允许我们计算观察到结果的概率。这个力只是电子通过虚粒子交换运动的所有可能的相互作用的概率合成。量子电极动力学是一个复杂的理论,但它允许我们以令人震惊的方式预测电子、正电子和光子如何相互作用。通过综合所有具有不同振幅的可能场景。
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在基础层面上研究物理学的新方法:构造理论会改写物理学吗
这种描述世界的力学方法非常成功。很难想象还有其他方法来研究物理。这种力学方法可能已经达到了极限:量子力学在处理微观问题非常有效,我们是否需要重新思考如何在基础层面上研究物理学。牛津大学的两位科学家就提出了构造理论的研究方法。它也有可能让我们理解我们所不知道的动力学定律的另一些方面,例如理解量子力学和广义相对论的结合。使用构造理论来描述一个场景,以测试引力是否在本质上是量子的。
