2020年開年的假期，無疑是史上最長的寒假了，以前我們因為工作的原因，很少能夠有時間陪家人看電影，這一次頭條上眾多免費電影可以一次看個夠，其中就包括往年春節檔的電影。在和家人一同看電影的同時，也可以寓教於樂，比如說《瘋狂的外星人》當中那個長得像孫悟空的外星人，為什麼能夠瞬間讓人失重，而且還能夠隔空控制黃渤和沈騰？
此篇給大家普及下宇宙當中的力，我們時常能看到的力是萬有引力和磁場力。我們現在之所以站在地面上，地球為什麼圍著太陽轉等，都因為萬有引力的作用。磁場力也在存在於我們生活的方方面面，手機、電燈以及電磁爐等都是磁場力的作用。因此只要我們解開一種力的奧秘，都能夠讓我們的文明實現更高一階的跨越。
除了重力與磁場力，其實我們宇宙當中還存在兩種力，強力與弱力，如果要解釋這兩種力，就必須要提及“上帝粒子”。上帝粒子又稱為希格斯玻色子，它是由彼得·希格斯和弗朗索瓦·恩格勒等在內的6位物理學家，在1964年提出的。
在他們提出這種粒子之後的48年，科學家們一直在尋找這種粒子，直到所有的科學家崩潰，著名諾貝爾物理學獎得主萊德曼，他在書中把這種粒子稱為“該死的粒子”，英文就是Goddamn。當然這句粗話不能被傳播，否則會教壞小朋友的，因此編輯就把詞尾的damn去掉，簡寫成為God，這也是上帝粒子的由來。其實這和上帝沒有半毛關係。
但是這名字也為這項科學的傳播提供了便利，之前美國議會否決了建造超級加速器的計劃，就因為“希格斯玻色子”這個名字太陌生了，而且還要花費100多億美元。當有“上帝粒子”稱呼之後，歐洲在通過加速器建造的時候，就順利多了，大家覺得這和上帝有關係，就覺得這是一份神聖的事業，也就物超所值了。
什麼是強力與弱力
強力與弱力不是外星人隔空取物，一個“響指”毀滅世界，它是我們時常所見的萬有引力以及電磁力之外，宇宙當中普遍存在的另外兩種力。
當物理科學來到20世紀，自從科學家們發現了原子的存在之後，就發現原子原來也不是世界的最小單元，原子還包括原子核和它周圍的電子。原子核是由質子與中子組成的，中子不帶電，質子帶正電。
這麼多帶正電的質子擠在一起，物理老師不是說帶同種電會相互排斥嗎？為什麼這些帶正電的質子沒有相互彈開呢？那麼這其中肯定有一種不為我們所熟知的力，這種力比電磁力還要強，強到這些帶電的質子都無法離開，科學家把這種未知強大的力稱之為“強力”。
發現強力之後，科學家們又發現了另外一種力，它的強度比電磁力還要弱，它能夠造成原子產生放射性。比如放射性元素鐳，它的原子核就會不斷放出射線，然後會裂變成為其他的原子，之所以會有這樣的變化，科學家們把這種力稱之為“弱力”。
於是科學家們發現，除了引力與電磁力以外，宇宙還存在著強力與弱力。前兩種力不用說了，它們是我們人類文明走到今天的主要原因。看過《三體》的，或許對書中有一個情節印象深刻，那就是外星文明通過質子破壞人類的粒子對撞機，讓我們無法發現宇宙當中強力與弱力，之後科學水平的差異比我們拿著槍對準原始人還要恐怖。我們甚至都沒有見到敵人，整個地球就會被壓成像錫箔紙一樣的薄片。
科幻小說絕對不是聳人聽聞，它是有科學根據的。沒有了強力，質子根本不可能聚在原子堆裡，我們現在的所有物質也不可能形成。至於弱力，我們現在太陽之所以持續燃燒，為地球生命提供源源不斷的能量，所依賴的就是弱力。
太陽之所以一直燃燒是因為內部在產生核聚變，太陽中的質子聚在一起變成了氦原子核，同時會釋放出能量。在這個過程中，兩個質子都是帶正電的，按道理說是很難撞在一起的，幸好有弱力的作用，一個質子會偶然變成中子，這樣它就能夠和質子相結合了，走出核聚變的第一步。
也是因為弱力非常之“弱”，才會讓這種轉變慢慢發生，太陽有了長達100多億年的壽命，不至於“嗖一下”就燒完了。所以說，宇宙當中缺少任何一種力，這個世界都不會存在。
在我們宇宙當中，這些質子和中子組成了宇宙當中絕大部分的質量，原子的質量幾乎都集中在原子核當中。如果不算上暗物質的話，我們宇宙的質量是由質子和中子組成的。
後來科學家們發現，這些質子與中子也不是最基本的物質，這些質子與中子是由一種叫做“夸克”基本粒子組成的。而且不論是質子還是中子，都是由3個不同夸克組成的。但是科學家們隨後發現這些質子與中子質量之和，並不等於3個夸克的質量，而且僅佔1%的質量。
這就令人匪夷所思了，那99%的質量從哪兒來的呢？來自於強力，這種強力是質子和中子99%質量的由來。根據愛因斯坦的質能方程E=mc^2，質量和能量是能夠相互轉換的。人們於是解決了99%質量問題，可是這1%質量如果按照科學家計算，壓根就不應該存在，也就是說無論質子還是電子，它們的質量應該是0。
上帝粒子
不要小看這1%的差異，很多科學的發現，都是因為很小的“誤差”才得以發現的，比如我們的倫琴射線，按道理說它的發現就是一個意外，還有生物科學當中的青黴素等等。
那麼為什麼認為這些質子與電子等沒有質量呢？科學家們認為我們所有的物理學都可以用一種理論來解釋，不再是解釋重力用牛頓力學，解釋量子力學用愛因斯坦相對論，在這個理論框架裡，只要設置不同的參數就可以解釋自然界當中的不同力。
這套理論最大的致命缺陷就是，無法解釋這些基本粒子有質量，科學家們認為各種力，其實就是某些粒子，扔來扔去造成的。比如電磁力是電子之間扔來扔去，而強力則是“膠子”扔來扔去，這些膠子像膠水一樣，把夸克粘在一起。而弱力則是將W和Z玻色子扔來扔去。
既然大家的原理都差不多，只是對應的粒子不同而已，電磁力所扔的光子，是一種靜質量為0的粒子；弱力所扔的玻色子，質量也應該是0。但是事實並非如此，在弱力中被扔來扔去的玻色子是有質量的，而且質量還不小。也正是這個原因，弱力沒有辦法傳遞的很遠，它只有近距離才會發生作用，而不像電磁力一樣，可以遠距離傳播。
難道是規範場理論出問題了嗎？因此科學家們猜測，極有可能還有一種神秘的場，各種粒子與這個場發生作用，於是就產生了不同的質量，這個場就被稱為“希格斯場”。
這個“希格斯場”為何對不同粒子還“態度”不一樣呢？就好像一個大胖子，和一條小魚，當面對“希格斯場”這個游泳池的時候，小魚能夠自由穿行，而大胖子則寸步難行。而靜質量為0的光子就好比是一條小魚，它可以自由穿梭。而電子和夸克就相當於不同的大胖子，當它穿越游泳池的時候就產生了“質量”，如果這個胖子越胖，那麼他們在這個游泳池當中的“質量”就會越大。
不同的游泳池對不同的胖子阻力還是不一樣的，於是人們把泳池當中的這些水稱之為希格斯玻色子，也就是通常所說的“上帝粒子”，如果我們能夠發現這些上帝粒子，就能夠直接證明希格斯場的存在。這也是歐洲人建造大型粒子對撞機的原因。
20世紀60年代之後，科學家們提出了“對稱性自發破缺”，當游泳池當中沒有水的時候，可能這些胖子大家行走速度都是差不多的，當水池當中瞬間有了水，這些胖子就有了差異，人們把宇宙當中瞬間來水的時刻叫做對稱性自發破缺。於是這些粒子開始區別對待，有些粒子可以和希格斯場發生反應，就被賦予了質量，有些粒子一直被冷淡對待。這就造成了各種基本粒子的不同。
也就是說在對稱性自發破缺發生之前，電磁力和弱力實際上並沒有區別，它們根本就是同一種東西。這也就第一次實現了，自然界當中的四種力，其中有兩種其實一回事，只是由於希格斯場的對稱性自發破缺，才變成了看起來不同的兩種東西。
之後科學家們相信，宇宙實際上只有一種力，只是隨著時間的流逝，才逐漸分化成為我們今天看上去的四種力。於是科學家們就有了終極目標，那就是找到那個可以統一所有力的理論，解答我們宇宙的終極奧秘。
在統一了電磁力和弱力之後，科學家逐漸開始把強力也拉到這個框架裡來。我們前面說過了，這三種力都可以用一種叫作規範場的理論框架來描述，只不過各自需要設定不同的參數。
在電弱統一理論的基礎上，人們把三種不同的參數聯合起來，得到了一個可以同時描述三種力的模型，叫作“粒子標準模型”。這個模型可以精準地預言，在我們的宇宙裡，一共存在著61種基本粒子。其中物理學家已經發現了60種，而剩下的那最後一種，就是“上帝粒子”。
所以我們現在明白，為什麼2012年，當歐洲核子研究中心宣佈上帝粒子存在的時候，會成為爆炸性新聞，因為它證實了希格斯場的存在，解釋了萬事萬物質量的來源。
但是離大一統還差一步，那就是我們對於引力依然束手無策，還沒有很好地把它和其他三種力徹底結合起來。所以如果有一天，我們把這四種力統一在一起，我們也就解決了宇宙當中終極奧秘，也能夠讓我們的文明實現階梯型的跨越。
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