第十一章 时空本性与终极梦想
第十一章 时空本性与终极梦想
宇宙探索之路漫长而修远 为什么我们的宇宙空间 是三维的？ 1030cm 为什么时间是一维单向 10-25cm 1025cm GUT? 流逝的？ axion? G 10-20cm susy? 为什么宇宙中有多种对 UNIFICATION DARK MATTER？ 1020cm 称性？为什么物质的运 WCAK 动速度不能超过光速？ 10-15 cm [W,Z 1015cm 自然界的基本常数会不 会变化？ STRONG 10-0cm 们的宇宙会不会有终 E&M 1010cm 结 10-5cm 105cm 1cm
宇宙探索之路漫长而修远 n 为什么我们的宇宙空间 是三维的？ n 为什么时间是一维单向 流逝的？ n 为什么宇宙中有多种对 称性？为什么物质的运 动速度不能超过光速？ n 自然界的基本常数会不 会变化？ n 我们的宇宙会不会有终 结？
宇宙之谜涉及五个物理学难题 李·斯莫林认为，宇宙之谜最终取决于五个物理学难题的解 决方式： 1.将广义相对论与量子理论结合为一个真正完备的自然理论。 2.解决量子力学的基础问题：要么弄清理论所代表的意义， 要么创立一个新的有意义的理论。 3.确定不同的粒子和力能否统一在一个理论并将其解释为一 个单独的基本作用。 4.自然是如何选择粒子物理学标准模型中的自由常数值的？ 5.解释暗物质和暗能量。或者，假如它们不存在，那么该如 何在大尺度修正引力理论，为什么修正？更一般地说，为什 么宇宙学标准模型的常数（包括暗能量）具有那样的数值？
宇宙之谜涉及五个物理学难题 n 李·斯莫林认为，宇宙之谜最终取决于五个物理学难题的解 决方式： n 1.将广义相对论与量子理论结合为一个真正完备的自然理论。 n 2.解决量子力学的基础问题：要么弄清理论所代表的意义， 要么创立一个新的有意义的理论。 n 3.确定不同的粒子和力能否统一在一个理论并将其解释为一 个单独的基本作用。 n 4.自然是如何选择粒子物理学标准模型中的自由常数值的？ n 5.解释暗物质和暗能量。或者，假如它们不存在，那么该如 何在大尺度修正引力理论，为什么修正？更一般地说，为什 么宇宙学标准模型的常数（包括暗能量）具有那样的数值？
1.四种相互作用的统一场论探索 基本类型 强度比 主要宇宙作 用 Gluons (8) 引力 10-38 把行星，恒 Quarks 星，星系结 Graviton? Mesons Solar systems quark 合起来 Baryons proton down a】9uark 弱力 1012 作用于所有 Gravity Force pC⊙on quark neutron 基本粒子 Strong force Electromagnetic force Weak force Hydrogen atom 电磁力 10-2 把原子结合 Oxygen atom Bosons (W.Z) 起来 Water molecule Protons and n5 Oxygen atom 强力 1 把原子核结 d Atoms u d Neutron decay Beta decay Photon Light proton 合起来 camer Neutrino interactions Chemistry neutron particle Electronics Burning of the sun
1.四种相互作用的统一场论探索 基本类型 强度比 主要宇宙作 用 引力 10-38 把行星，恒 星，星系结 合起来 弱力 10-12 作用于所有 基本粒子 电磁力 10-2 把原子结合 起来 强力 1 把原子核结 合起来
量子场论 量子场论实质上是无限维自由度系统的量子力学 它给出的物理图象是在空间充满着各种不同物质的 场，它们互相渗透并相互作用着。真空就是基态的 量子场，场的激发态即为粒子的出现。不同激发态 则测表现为粒子的数目与状态的不同。场的相互作用 引起激发态改变，体现为粒子的各种反应过程。 量子场论=基本粒子物理=高能物理=量子力学+相 对论+对称性，对称性导致守恒定律
量子场论 n 量子场论实质上是无限维自由度系统的量子力学。 它给出的物理图象是在空间充满着各种不同物质的 场，它们互相渗透并相互作用着。真空就是基态的 量子场，场的激发态即为粒子的出现。不同激发态， 则表现为粒子的数目与状态的不同。场的相互作用 引起激发态改变，体现为粒子的各种反应过程。 n 量子场论=基本粒子物理=高能物理=量子力学+相 对论+对称性，对称性导致守恒定律