天文在线|为何相对于其他力万有引力这么小—理论物理史中悬而未决的难题
基本粒子和力的标准模型已经接近我们所能想象的最完整的模型 。 每一种基本粒子都可以在实验室中生成 ， 并通过测量确定其特性 。 顽固分子——顶夸克和反夸克 ， 微中子和反中微子 ， 最后是希格斯玻色子 ， 科学家逐渐一步步完成了对它们的测量 。
特别是最后一个——希格斯粒子——它已经困扰了科学家很久:最后 ， 我们可以自信地解释这些基本粒子的性质!
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图片来源:E. 西格尔 ， 摘自他的新书《银河系之外》 。
这很好 ， 但即使我们已经解答出了这部分的谜题 ， 也并不意味着科学的终结 。 相反 ， 还有一些重要的后续问题 ， 我们总是可以问 ， 接下来会发生什么？当谈论起标准模型 ， 我们仍然存有疑惑 。 对于大多数物理学家来说 ， 有一点特别突出：为了找到它 ， 我想让你们考虑一下标准模型的以下性质 。
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图片来源:NSF, DOE, LBNL ， 和当代物理教育项目(CPEP) 。
一方面 ， 弱作用力、电磁和强作用力的力都是相当重要的 ， 它们取决于相互作用的能量和距离 。
但万有引力呢?并非如此 。
如果你曾幸读过丽莎·蓝道尔写的这本精彩的书 ， 她写了很多关于这个难题的东西 ， 我认为这是理论物理学中最大的未解决的问题:等级问题 。
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图片来源:维基百科共用用户Zhitelew ， 粒子质量的标准模型粒子 。
我们所能做的是取任意两个基本粒子——任意质量的粒子和它们相互作用的任何力——然后发现引力实际上比宇宙中所有已知的力弱40个数量级 。 例如 ， 即使它们不是基本粒子 ， 把两个质子放在一公尺远的地方 ， 它们之间的电磁斥力大约是万有引力的10的40次方倍 。 或者把它写出来 ， 我们需要增加万有引力的强度10000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 ， 从而使它的强度与其他已知的力相等 。
我们无法仅仅“制造”一个重量是正常情况下10^20倍的质子；然而 ， 这就是使两个质子克服电磁力聚集在一起所需要的力 。
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图片来源:维基媒体共享用户韦伦 。
相反 ， 如果想让上面的反应自发进行 ， 则需要10^56个质子 ， 才能使质子克服电磁排斥的现象发生 。 只有通过收集这么多的粒子 ， 在它们共同的重力作用下 ， 才能实现克服电磁力把这些粒子聚集在一起 。 事实证明 ， 10的56次方质子大约是一颗成功恒星的最小质量 。
这是对我们宇宙运行方式的描述 ， 但我们不明白这其中的原理 。 为什么重力比其他所有的力都弱？为什么“引力电荷”（即质量）比电荷或色荷 ， 甚至比弱电荷弱得多？
这就是级列问题 ， 在很多方面的类似问题都是物理学中最大的未解决的问题 。 我们不知道答案 ， 但也不是完全一无所知 。 理论上讲 ， 我们对于解决方案有一些好的想法 ， 并且有一个工具来帮助我们验证这些可能性是否正确 。
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图片来源：欧洲核子研究所
迄今为止 ， 大型强子对撞机是有史以来开发的能量最高的粒子对撞机 ， 它实现了在地球实验室条件下产生大能量 。 它使科学家能够收集大量数据 ， 精确地重建碰撞点发生的情况 。 这包括创造从未见过的新粒子(如大型强子对撞机发现的希格斯介子)、我们熟悉的老标准模型粒子(夸克、轻子和规范玻色子) 。 还可能产生标准模型之外的任何其他粒子 。
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