标准模型出问题,麦克斯韦方程要改写,高维度存在,物理学将重来


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人类的自然科学探索已经接近了物质世界的尽头 , 但是 , 最新的科学发现却让人类感到迷茫 。

今年4月份出版的《Science》杂志上报道了一个物理学重大新闻:美国费米国家实验室对W玻色子的质量进行重新测定 , 发现比理论预测大了0.1%左右 。

W玻色子的实测质量为80433.5 ±9.4 MeV , 根据标准模型理论预言的质量为80357 ±6 MeV 。
标准模型的理论预测值和实测值有差别就意味着标准模型有问题 , 但关键的问题是标准模型并不是孤立的 , 这后面牵连到一大串问题 。
▍标准模型是什么?简单说标准模型就相当于一张地图 , 只不过我们普通地理坐标上那种地图指示的是山脉河流 , 但是标准模型这张地图指示的是基本粒子 。
我们现在的地球仪和人类对地球的地理探测都显示 , 地球是一个封闭的球体 , 假如有一天有一个飞行员在南极发现了一个大洞 , 这个大洞穿过地心直到北极 , 那肯定是引起轰动的 。
W玻色子质量的理论计算值和实测值之间的差别 , 就相当于人类突然发现地球上有个大洞通向未知世界一样 , 直接颠覆了人类对这个世界的理解 。
在标准模型里面有4种基本粒子 , 这4种基本粒子提供了我们这个世界上的最基本的三种力 , 没有这4种基本粒子 , 我们这个世界就散架了 。

这4种粒子分别是:光子 , 参与电磁作用力;胶子 , 参与互作用力; W玻色子和Z玻色子参与弱互作用力 。
其中光子和胶子没有静质量 , W玻色子和Z玻色子的静质量是由希格斯粒子赋予的 。
W玻色子有问题 , 就意味着希格斯机制有问题 。
整个这一套标准模型 , 它的理论基础是杨米尔斯理论 。 而杨米尔斯理论 , 是在麦克斯韦方程的基础上推导出来的 。 所以 , W玻色子的质量问题 , 一竿子就捅到麦克斯韦方程这里了 。

但是我们知道 , 麦克斯韦方程又是我们描述电磁波和光的方程 。
而且麦克斯韦方程有一个特点 , 可以导出光速只和磁导率和电导率有关 , 意味着光速是恒定的 , 这和狭义相对论的基本前提 , 光速不变性原理又有相同之处 。
▍难道人类对光的认识有问题吗?关于光的争论贯穿于整个物理学 , 众所周知 , 最开始的时候人们认为光是要在以太中传播的 。
后来发现光不需要在介质中传播 , 但是按照传统的电磁学理论 , 光是有结构的 , 是由垂直正交的电磁场组成 。 所以光是有偏正的 , 而且在某种情况下电磁场的振动可以绕轴旋转 , 形成圆偏振光 。
但是根据量子力学 , 光子是没有结构的 , 它只有自旋量子数、能量量子数和频率量子数 。

W玻色子质量超重 , 说明以上两种理论对光的认识都不全面 , 意味着光可以跨越三维空间 , 进入更高维度 。
实际上 , 在很久以前科学家就已经认识到了这个问题 , 德国数学家西奥多·卡鲁扎和瑞典物理学家奥斯卡·克莱因曾经发展过一种理论 , 把广义相对论推广到五维空间 , 被称为卡鲁扎~克莱因理论 , 该理论可以兼容广义相对论场方程和麦克斯韦方程 。
根据该理论 , 光是来自于五维空间的震动 , 我们在三维空间只看到了光的一部分 。
也就是说 , 标准模型这张地图的缺陷 , 最终和以前科学家们猜测的结果一致 , 在我们这个世界之外 , 还有额外维度 , 还有更广大的空间 。
▍物理学可能需要重新改写 。首先我们要说 , 人类生活的这个三维世界 , 所有的科学探索都基于我们的眼界和我们的能力 。
实际上根据现代物理学的探测 , 可见物质只占了整个宇宙的5% , 剩下的70%是暗能量 , 25%是暗物质 , 这也不言而喻的指出了在我们这个世界之外还有更广阔的世界 。

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