2017年6月8日 星期四

整合管理~3.1格物致知~02粒子冒險奇境~03是什麼使它結合在一起?3

整合管理~3.1格物致知~02粒子冒險奇境~是什麼使它結合在一起?3
萬有引力


萬有引力怎麼樣呢?
萬有引力是不可思議的,它很明顯的是基本作用力之一,但是,標準模型不能很完整地解釋它,這是在今日物理界仍無法回答的主要問題之一。
除此之外,萬有引力的載力粒子還未被發現,然而,也許有一個預測已存在的粒子某一天會被發現:引力子。
幸運的是,在大部份的粒子物理情況下,和其他三個作用力比起來,萬有引力的影響非常小,所以在計算理論和實驗時能忽略萬有引力,如此一來標準模型並不需要解釋萬有引力 。
(我還是不懂)
我們知道如何去計算重力,但是我們不知道如何把重力與標準模型(Standard Model )的量子理論數學結合在一起。
(在標準模型當中,對於沒有看到引粒子,我們一點都不驚訝。因為引粒子的作用力相當小,很不容易產生也很少被偵測到。)
同樣地,牛頓的運動律並沒有錯,只是需要愛因斯坦將之延伸,使此定律同樣適用於相當高的速度。
我們需要一個能完全解釋重力的新理論,來擴展標準模型。 

作用力摘要
這是不同作用力的總整理,包括它們的載力粒子以及作用在什麼粒子上:


哪個基本作用力適用於:

摩擦力?
答案:
兩物質原子之間的剩餘電磁作用力導致摩擦力。
核子的結合?
答案:
核子結合是由於核產生變化部份的剩餘強作用力。
行星在軌道上運行?
答案:
行星在軌道上運行是因為萬有引力將它們吸引向太陽!雖然萬有引力是相當弱的力,但它對這個世界仍有很重要的影響力。
其他問題:
哪種作用力作用在微中子上?
答案:弱作用力和萬有引力 。
哪一種作用力有很重的載力粒子?
答案:弱作用力 (W+, W-, and Z) 。
哪種作用力作用在你身上的質子?
答案:全部都是。
哪一種載力粒子不能單獨存在? 為什麼?
答案:
膠子,因為它們自已帶著色荷。
哪種載力粒子還沒被發現呢?
答案:引力子(膠子已經間接地被發現了)
量子力學
現代科學令人吃驚的事之一,就是原子和次原子粒子表現出的行為並不像在這世界上我們日常生活中所看到的事物;它們具有波的性質,不像在周圍彈跳的小球。
標準模型理論能在數學上描述我們所看到的粒子的特徵和相互作用,但每天我們並不會直接看到這麼小的尺度。

當夸克有2/3、1/3這種分數值的電荷,它們只會在有整數值電荷的組合粒子中被發現,你絕不會觀察到一個孤單的夸克。
一些粒子的重要量子數目有:
電荷 夸克有 2/3 或 1/3 的電荷,但它們只形成帶有整數電荷的混成粒子,除了夸克,所有的粒子有整數倍數的電荷。
色荷 夸克帶有三種色荷中的一種,而膠子帶有八個色彩 - 反色彩電荷之一,所有其他的粒子都是色中性的。
味道 味道將夸克(和輕子)區分開來。
自旋 自旋是奇異的但也是重要的物理量,較大的物體如行星或彈珠有角動量和磁場,就是因為它們有自旋。由於粒子會顯現出自己的角動量和微小的磁偶矩,物理學家稱這個粒子性質為自旋,這是個令人感到迷惑的名詞,因為粒子通常沒有“正在自旋”,自旋被量化為0, 1/2, 1, 3/2 的單位(乘上 浦朗克常數 ħ ) 諸如此類。
自旋是粒子的內部角動量,單位是 ħ .
ħ = 1.055 x 10-34 焦耳�秒。 這就是浦朗克常數。
庖利不相容原理
我們能用這些量子粒子性質去將我們所發現的粒子作分類。
物理學家曾有一度認為,同時同地不可能有兩個相同量子狀態的粒子存在,這就叫作庖利不相容原理,它解釋了為什麼會有化學作用。
但已經發現了某一群粒子不遵守這個原理,遵守庖利不相容原理的粒子叫作費米子,反之則叫做玻色子。
想像有個完全相同的費米子兄弟姊妹的大家庭在費米子汽車旅館過夜,和一個有完全相同的玻色子兄弟姊妹的大家庭在玻色子旅館過夜,費米子表現得像吵成一團的兄弟姊妹,不僅拒絕分享房間並且盡可能地互相警告,在另一方面,玻色子兄弟姊妹喜歡分享相同的房間 (因為費米子比玻色子租較多的房間,汽車旅館的老闆比較喜歡跟費米子做生意,而有些汽車旅館甚至拒絕把房間租給玻色子!) 

費米子和玻色子
費米子:
費米子就是有奇數半整數自旋的粒子 (像1/2, 3/2, 依此類推 ) 夸克、輕子、大部分混合粒子(像質子和中子)都是費米子。
由於我們並不十分地了解,奇數半整數自旋就是費米子遵守庖利不相容原理的結果,而因此不能在同時同狀態同位置共存。
玻色子 :
玻色子 就是有整數自旋的粒子 (0, 1, 2...).
所有的載力粒子都是玻色子,像那些有偶數費米子的組合粒子(例如介子). 

* 預測引力子有2的自旋。
原子的核是費米子或玻色子,取決於它的質子和中子總數是奇數或是偶數;最近物理學家發現某些原子於不尋常的狀況下,會因此導致一些非常奇怪的行為,像很冷的氦。
氦核(兩個中子和兩個質子)是玻色子,所以即使在接近絕對0度的溫度下,也不會晶化。他會變成超流體,一種具有特殊性質的液體:沒有表面張力和黏滯力。
在未來,我們可能會發現具有玻色子核的原子的其他奇特性質。
要記住許多

 我們也討論到粒子的狀態 (一組量子數) 會影響到它如何和其他的粒子交互作用。
這些就是標準模型的要點,至今它幾乎就是基本粒子和作用力的完整解釋了。
名字和描述只是物理理論的一小部分,比起物理詞彙,概念是更重要的元素。
當代物理教育專題(CPEP)在個別圖解概述標準模型的要點,這個網站包括圖解的電子譯述,但你也能從CPEP叫出你自己的副本。

http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/html.php?html=particleadventure/frameless/chart

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