非粒子物理学

有鉴于按照流行的粒子物理学模型难于将四个主要的自然力:强核力、弱核力、电磁力和引力结合成一个单一的力场,多年来从事于"四力合一"研究的美国哈佛大学物理学家Howard Georgi于2007年3月推出了全新的非粒子(unparticles)学说,并想用位于瑞士日内瓦的大型强子对撞机(LHC)在2008年启动后出现的新鲜事件来验证此创见.     

夸克和轻子出场了

200多年前牛顿猜测过,物质结构深层的粒子愈小,“力效”即万有引力的作用则愈大。到1934年人们知道物质的最小粒子是电子、质子、中子、中微子,也知道万有引力以外的还有电磁力、强力和弱力。根据电磁力必须通过电荷而作用这样一种模式,必然有引力荷、电荷、强荷、弱荷分别依附在四种粒子上。追随爱因斯坦关于引力荷同(惯性)质量等价的思路,可以进一步研究各种荷之间的同一,也即四种力,首先是电磁力和弱力之间的同一。今天,寻求一个这几种力之间的统一原理的时机已经成熟了。引力荷是四维时空曲率的表现,那么,其他三种荷是否也是四维时空结构以外更小维的表现呢?这是今天对物理学提出的深刻问题。本文原载英国New Scientist,vol.72,№.1031,1976年12月16日。作者Abdus Salam是英国皇家学院理论物理学教授。     

大型强子对撞机的一次重大维护升级

<正>在阿尔卑斯山脉的地下深处，科学家们几乎无法抑制他们的兴奋之情。他们交头接耳，谈论着那些将彻底改变我们对于宇宙之认识的发现。“自从成为粒子物理学家以来，我一直在寻找第五种力，”山姆·哈珀博士（Sam Harper）说，“也许就是今年了。”在过去的20年里，山姆一直在试图寻找第五种自然力存在的证据，此前，物理学家们已经发现了四种自然力：引力、电磁力和两种核力。他把希望寄托在大型强子对撞机的重大维护升级上。这是世界上最先进的粒子加速器——这台巨大的机器通过使原子相互撞击将它们粉碎，以探究它们内部有什么。     

物理学家为什么认为弦论是万有理论可能的候选者?

正弦论的核心思想是:宇宙最基本的组成单元不是0维的点粒子,而是一维的弦。弦论是物理学中未经证实的理论中最精妙、最具争议者之一。弦论的核心是贯穿物理学几个世纪的思想的主线,即在最基本层次上,各种力、粒子、相互作用和物理现象,都可由同一个理论描述,四种基本作用力(强力、电磁力、弱力和引力)统一于一个理论。从许多方面来看,弦论是量子引力理论的最佳候选理     

第六种力

物理学家发现了自然界中另一种力他们把它称为“第六种力”。这个新的发现证实最近理论的猜测;有两种非牛顿的引力成分,一种是吸引的,另一种是排斥的。美国麻省地球物理实验室的研究人员探测到一种力,在200米左右范围内使引力增强了。澳大利亚昆士兰大学的弗兰克·斯塔塞(Frank Stacey)最近发现第五种力,在数米的范围内使引力削弱了。     

通向无标度超引力论的道路

一个世纪以来,物理学家们一直梦想着实现基本物理作用力的统一。众所周知,本世纪初诞生的相对论物理学,就是上世纪末人们为统一电磁力与机械力所作努力的最终产物。本世纪的量子物理学则为这一统一大业提出了更艰难的目标,因为现在涉及到四种基本相互作用,还涉及到既相容又对立的量子论与相对论(经典引力论)的真正统一。     

宇宙间第五种基本力

引言有关理论物理学发展动态方面的消息难得成为全国性报纸上的头条新闻。然而,1986年1月,伊弗莱姆·菲什巴哈(Ephraim Fischbach)和他的四名同事在物理评论通讯上发表的一篇短文却轰动了学术界。他们提出的一个惊人观点是,自然界除了四种早已确定的基本力(万有引力、电磁力、强核力和弱核力)以外,     

有关生命起源的最新见解

取一些物质,一边搅拌一边加热,并等待着…这就是对于生命起源的时新的看法,井设想其他就由地心引力、电磁力及强核力、弱核力等“原动力”来完成。通过这些原动力的作用形成了各种元素,并使之     

对量子引力理论的检验

多年来，物理学家们一直探索用同一种理论描述自然界的4种基本力（引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用）。在这4种力中，只有引力尚缺量子力学的描述，各种量子引力学说都在试图提供这种描述，但检验这些理论的预见是否正确需要极高的能量，远远超过世界上正在运行中的和计划建造的粒子加速器所能提供的能量。     

爱因斯坦的未竟之梦:物理规律的大统一

本文对物理学中的统一理论的发展历史和目前的现状展开综述.从牛顿的天和地的统一,到麦克斯韦的电、磁、光的统一;从爱因斯坦的时间、空间和物质的统一,到电磁作用和弱作用的统一.对一些未成功的统一理论(引力和电磁的统一、强作用和电磁作用以及弱作用的统一、夸克和轻子的统一、超对称大统一)也给予简要介绍.最后评述目前正在尝试的试图把所有相互作用都统一进来的超弦理论.     

宇宙绳

现代的基本粒子理论认为在10~(15)～10~(15)GeV以上的能量,所有基本粒子的相互作用(除引力外)有相同的强度。这样的能量是远远超过粒子加速器的范围,而且能够检验这些概念的主要战场是大爆炸不久以后的早期宇宙。随着宇宙膨胀和从极高温度冷却下来,粒子相互作用间对称性出现了自发破缺,一般是分为几步,因此强力、弱力与电磁力变得不同。现代的基本粒子理论认为在10~(15)～10~(15)GeV以上的能量,所有基本粒子的相互作用(除引力外)有相同的强度。这样的能量是远远超过粒子加速器的范围,而且能够检验这些概念的主要战场是大爆炸不久以后的早期宇宙。随着宇宙膨胀和从极高温度冷却下来,粒子相互作用间对称性出现了自发破缺,一般是分为几步,因此强力、弱力与电磁力变得不同。     

量子纠缠与时空结构

众所周知，自然界中存在着四种基本相互作用，分别为强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用与引力相互作用。然而，前三者可以在量子力学的框架下自洽，只有特殊的引力相互作用尚未与其他相互作用统一。因此，追求引力的量子化是现代物理学最迫切和首要的目标。物理学家们发现，可以利用量子场论的方法来研究引力理论。在这过程中，我们发现量子纠缠、几何以及时空定域性之间的关系，这似乎暗示了通往量子引力的研究方向。通过量子纠缠，我们希望进一步探索量子引力领域，为引力的量子化找到一个突破口，从而发现时空的本质。文章简要回顾量子纠缠熵的历史发展，并讨论纠缠熵与几何之间的关系。     

Development and unification of the electroweak theory

引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和强相互作用是自然界的4种基本相互作用,科学家们一直试图找到能把这4种基本相互作用统一起来的途径,但这条统一之路却充满了艰辛,文章就这一理论进行了详细的论述.     

反引力——一个狂妄的想法?

引力(或曰万有引力)是自然界中普遍存在的一种力,人类得以站在旋转的地球上从事各项活动,而不至于堕入茫茫太空,正是凭借着引力的作用.在古代神话和现代科学幻想小说中常常有抵消引力的描述.然而,在当代最有效的引力理论——爱因斯坦的广义相对论中几乎没有容许反引力存在的余地.不过,许多物理学家相信,广义相对论的引力理论尽管取得了成功,但     

粒子物理的新前沿

夸克和轻子表现为物质的基本成分。此外可能还要加上弱力和电磁力的统一理论以及强(核)力的新理论的场粒子,或媒介物。本文简述了这幅新图象的若干主要的证据,并指出了一些尚待回答的问题。     

广义相对论及其实验基础

阿尔贝特·爱因斯坦是当代最伟大的物理学家.他在1915年创立的广义相对论是关于时间空间性质与物质及其运动相互依赖关系的学说,是建立在广义协变要求和黎曼几何基础上的引力理论和宏观物质运动理论。这一理论不仅对牛顿力学的核心内容(牛顿动力学和万有引力公式)给予了统一和深刻的解释,还预言了牛顿力学所不能解释的新的引力效应,并为以后的实验所证实。广义相对论就其创造性和理论内     

超对称性和超引力场

目前有大量的实验证据支持用重整化的规范场来统一描述弱、电、强三种相互作用。尽管这种理论取得了很大的成绩,但它还有些基本缺点。例如,把描述夸克的量子色动力学与弱电统一模型结合起来,要有20多个任意参数,而理论对这些参数不能给出任何预言。即使用大统一理论也不能把这些任意参数减少很多。另外,在大统一理论里有两个不同的质量尺度:一个是传播弱作用力的中间玻色子,其质量约100千兆电子伏;另一个是用于统一弱、电、强的大统一子的质量,约为10~(15)千兆电子伏。这个大的质量差异,从理论上是无法解释的。同时在量化场的重整化过程中这个质量差又是不稳定的。还有其他一些问题,例如,大统一场理论不能对基本粒子谱作出解释,同时,理论还没有把引力场包括进去。但是,当基本粒子质量达到普郎克质量(10~(19)千兆电子伏)时,引力场对基本粒子的作用就变得很重要了,必须考虑引力场。     

大数假说及其后果

我们宇宙中的两种长程力引力与电磁力之比,宇宙的年龄,宇宙的总质量,它们之间有无一定的联系?基本物理常数会不会变?采用自然单位之后得出的一系列无量纲数的含义何在?这是著名物理学家狄拉克在其大数假说中向我们提出的问题.     

论引力和电磁力的统一

文章从全新视角论述万有引力和电磁力的统一。在文章中,作者以之前提出的《物质场论》为基础理论,论述了引力依然是电磁力。     

物理定律的统一工作——超引力和物理定律的统一之一

在新理论中,引力起因于一种对称性,这种对称性把性质极不相同的粒子联系在一起。最终也许会有一种自然界中所有基本力的统一理论。