物理學家查明了塑造宇宙的數字,精度為萬億分之81

2020-12-06 萬象經驗

在科幻小說《銀河系漫遊指南》中,人類向銀河系最大的超級計算機提出了一個有深度的問題:宇宙的意義是什麼?這個超級計算機在經過750萬年的處理後,給出了一個答案:42。但是,物理學家不同意這個觀點,他們認為宇宙的意義應該是精細結構常數,這個常數用希臘字母α來表示。

在許多物理常數中,光速算是最出名的那個,它不取決於參考系的選取,並幫助愛因斯坦建立了著名的相對論。但是,和光速不同的是,精細結構常數是一個無量綱的數,這意味著它們是抽象數字值,與任何特定類型的單位都沒有關聯。12月2日發表在《自然》雜誌上的一項研究,把精細結構常數的有效數字從8位增加到了11位。

粒子物理學的標準模型非常成功,因為基本上所有實驗結果都與理論相符合。但是,標準模型無法解釋暗物質、暗能量以及宇宙中物質與反物質之間的不平衡。由於標準模型所預測的和實驗觀察之間的細微差異可能產生新的物理學,因此,這些基本物理常數需要更高的精度值。其中,細結構常數特別重要,因為它確定了光與帶電基本粒子之間的電磁相互作用強度。

一般來說,精細結構常數的數值大約為1/137。由於這個數字較小,我們可以知道它所代表的電磁力也是比較小的。但是對於宇宙來說,它又不會顯得太小,如果該常數變為1/138,那麼恆星就不會形成,碳也無法在恆星核心中產生,生命就無法存在。這也就意味著,它是塑造整個宇宙的常數。

這項研究是由巴黎卡斯特勒布羅塞爾實驗室的四個物理學家組成的團隊完成的,該論文報告了迄今為止最精確的精細結構常數的測量,為1/137.03599920611,遺憾的是,團隊並不能100%確定最後兩位數字。他們報告的誤差僅為萬億分之81,這使得新測量結果的精度幾乎是上一次測量結果的三倍。

測量精細結構常數的實驗是非常複雜的,他們使用物波幹涉測量法來測量一個銣原子吸收一個光子的反衝速度。這包括將銣原子冷卻到接近絕對零度、將它們放在真空室中、使用雷射實現量子疊加等等。

物理學家曾經想知道精細結構常數的值從何而來,保羅·狄拉克認為這個數字的起源是「物理學中最根本的未解決的問題」,理察·費曼形容它是「一個沒有被理解的魔術數字」。但現在,隨著測量精度的提高,物理學家不再只是簡單地把它作為宇宙的基本常量,它可能會揭開宇宙的奧秘,並最終揭示生命的意義。

相關焦點

  • 對反物質光譜測量精度達萬億分之二
    對反物質光譜測量精度達萬億分之二2018-04-14 08:02 來源: 科技日報 英國《自然》雜誌近日發表一項粒子物理學研究成果:歐洲核子研究中心(CERN)科學家完成了到目前為止對反物質的最精準光譜測量
  • 物理學家仍然無法找到暗物質粒子,但縮小了假想粒子的質量範圍
    如果存在,這種亞原子粒子可能是宇宙難以捉摸的質量的來源ADMX實驗(如圖所示)排除了另一種可能的質量,這些可能的質量是被稱為軸子的可構成暗物質的粒子。物理學家正在一點一點地挖掘出被稱為軸子(axion)的假想粒子的可能質量。如果它們存在,則這種亞原子粒子可以組成暗物質,暗物質是遍布宇宙的神秘質量源。預計軸子將非常輕巧 – 相當於電子質量的十億分之一到萬億分之一。
  • 天體物理學家或即將破解宇宙「失蹤重子」的未解之謎
    早在20世紀70年代末期,天體物理學家們就已經在開始懷疑構成宇宙的絕大部分物質都是由暗物質所組成的謎題了。暗物質可以說是一種必須存在才能夠解釋宇宙空間引力模型的未知物質,而宇宙中的一小部分物質則是由重子所組成的,但科學家們並不知道這部分物質的確切比例是多少。
  • 走進圓周率,π這個神秘數字,或許隱藏著一個終極密碼
    即使是工程師或物理學家要進行較精密的計算,充其量也只需取值至小數點後幾百個位。其實,這個神秘的數字,從兩千多年前就已經引起的人們的注意。距今兩千五百多年前,自從希臘開始研究「圓面積問題」之後,許多學者便把圓周率視為有趣的問題而熱烈研 究討論。
  • 我們的宇宙「尺量」刻度:從0到人類能夠想像的最大數字
    這裡的「大」有兩層含義,一個是數字本身大,一個是意義重大。只要增加幾個0,這些大數字便從「可計算」變成純粹的猜測。它們的存在激發著我們的想像力,需要我們提出複雜精密的假設。這些數字可能存在於宇宙之中,也可能不存在。從0到人類能夠想像的最大數字,本文將盤點定義宇宙的大數字。
  • 美國物理學家打造宇宙中的最低溫度
    理察·霍華德在做實驗網易探索1月23日訊,宇宙最冷的地方在哪裡?不在月球,儘管月球的溫度可達到零下192攝氏度。最近,科學家可以告訴你,最低溫度是在地球上最近看到的。然而,物理學家從來沒有達到他們想得到的最低溫度——絕對零度,零下273.59℃。儘管如此,還是有一些科學家極力創造這種極限溫度,麻省理工學院就有一支這樣的科學家,目前還保持著2008金氏世界紀錄的最低溫度紀錄――絕對零度以上萬億分之810華氏度。這是沃爾夫岡·凱特樂及其同事於2003年創下的。凱特樂向記者展示了這一紀錄是如何創下的。
  • 圓周率π的旅程:從1位到31萬億位
    圓周率π是人們熟知的數字,同時也是人類所知的第一個無理數。1324年波斯天文學家吉爾斯丁阿爾卡西學會的這個公式,把精度推到16位,達到了現代航天所需的最高精度。10.16世紀阿拉伯數字在歐洲普及,西方算術爆發式前進,神聖羅馬帝國的天安門學家奧託到1573年追平的祖衝之。同時算術與研究幾何時形成的邏輯推導融合起來,發展為代數幾何數學。
  • 3810萬億光年!撬動地球需要多長的槓桿?
    對於槓桿原理,古希臘物理學家阿基米德曾有一句名言:「給我一個支點,我就能撬動整個地球」。那麼,如果真用槓桿原理來撬動地球,所需的槓桿要多長?如果把它換算成光年,則相當於3.81×10^15光年,或者3810萬億光年。
  • 銀河系質量約為太陽1萬億倍
    銀河系質量為太陽的1萬億倍 在即將出版的《天體物理學雜誌》上,科學家們將詳細公布他們的這一最新研究成果。科學家們以前曾估算,銀河系的質量大約介於太陽質量的7500億倍到2萬億倍之間。後來,他們又傾向於數字更大的質量值。不過,目前天文學家們已經使用更為精確的方法,斷定銀河系的質量應該是太陽質量的1萬億倍左右。
  • 我們宇宙的「尺量」刻度:從0到人類能夠想像的最大數字
    從地球上所有海灘的沙粒到夜空中的星辰數量,我們的宇宙充斥著一系列「大數字」。這裡的「大」有兩層含義,一個是數字本身大,一個是意義重大。只要增加幾個,這些大數字便從「可計算」變成純粹的猜測。它們的存在激發著我們的想像力,需要我們提出複雜精密的假設。這些數字可能存在於宇宙之中,也可能不存在。從到人類能夠想像的最大數字,本文將盤點定義宇宙的大數字。
  • 中國科學家發現宇宙最亮「星」比太陽亮430萬億倍
    國際頂級科學期刊《自然》26日公布一項最新研究成果,中國天文學家為主的科研團隊發現了一顆430萬億倍太陽光度、中心黑洞質量約為120億個太陽質量的超亮類星體。據悉,這是人類目前已觀測到的遙遠宇宙中發光最亮、中心黑洞質量最大的類星體。
  • 【物理探索】精細結構常數,一個讓無數物理學家為之痴迷的數。
    原標題:【物理探索】精細結構常數,一個讓無數物理學家為之痴迷的數。我們的宇宙看起來也的確是圍繞著優美的數學關係式而構建的,而讓物理學家們最為著迷的那個數,則是137.03599913。 這個數有什麼奇妙之處呢?讓我來細細解釋。科學家測量任何物理量時,都要明確它們的單位是什麼,例如光速是300000千米每秒,但如果用英裡每秒作為單位的話就是186000英裡每秒。
  • 8秒之謎困擾物理學家15年
    物理學家離破解這個長期存在的宇宙謎題越來越近了。這臺位於美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的超冷中子主力探測器,讓物理學家可以更加準確地測量中子壽命。中子是電中性粒子,通常會與質子結合形成原子核。但有些中子不受原子的束縛——這些自由漂浮的中子只消幾分鐘就會通過放射性衰變變成其他粒子。
  • 數字「369」揭開宇宙奧秘
    河圖數理中描述:五行之數,水一、火二、木三、金四、土五。一、三、五、為陽數,其和為九,故九為陽極之數。二、四為陰數,其和為六,故六為陰之極數。「9」為陽極之數;「6」為陰極之數。萬物由「3」產生,「9」是陽極之數,「6」為陰極之數。由此,可見「369」代表了宇宙萬物及其一切規律。
  • 數字「369」揭開宇宙奧秘
    他狂愛數字,對369特別著迷!他進入一個房子之前會重覆繞著建築物3次,他用18張餐巾紙清潔他的盤子,他只住能夠經過數學推算與數字3扯上結果的飯店房間,他會在所處的環境事物立即計算,然後根據結果是3才會做出選擇,他做任何事都是跟3有關係。這個偉大的人物曾提出了一個369宇宙猜想:「如果你了解369的美妙之處,你就擁有通往宇宙真相的鑰匙。」
  • 創紀錄的實驗,物理學家糾纏了15萬億個原子
    物理學家創造了一項新的記錄,他們將15萬億個原子組成的熱湯連接在一起,產生一種叫做量子糾纏的奇異現象。這一發現可能是製造更精確傳感器的重大突破,可以用於探測被稱為引力波的時空漣漪,甚至是被認為遍及宇宙的難以捉摸的暗物質。
  • 宇宙中最美的10個數字
    在追尋真理的過程中,科學用最美的數字語言描繪出了世界的本質。我們抬頭望見星空,而數字用穿透了表象,讓我們了解更多秘密。到了2018年,中國科學家在兩個獨立的測量中,得到了迄今為止最高精度的G值。但問題是,過去幾十年對這一數值的測量結果並不吻合。物理學家還不知道是什麼導致了這樣的差異,對這一常量的繼續探索或將使我們對引力有更深刻的理解。
  • 圓周率計算到小數點後 31.4 萬億位
    國際圓周率日這天,谷歌工程師成功將圓周率π計算到小數點後31.4萬億位數字,比上一次記錄多了9萬億位!昨天是 3 月 14 日,也是國際圓周率日。在這天,一位谷歌工程師創造了一項世界紀錄!22.4 萬億位。
  • 一組數字可支配全世界?宇宙最神奇的四組數字,你知道的有幾組?
    有意義的數字其實不僅只有個人擁有一些有意義的數字,就連一個組織、一個社會、一個國家、一個星球、星系甚至整個宇宙都會存在對它們有重要意義的數字,比如國家的開國紀念日、地球誕生之日、1994年彗木相撞日等,而如果是對宇宙有意義的數字,那麼這些數字影響範圍應該是整個宇宙的,數字可以影響一個人、一個組織、一個國家。
  • 強子對撞機撞出迷你版宇宙爆炸 溫度超10萬億℃
    科學家稱,這再現了宇宙大爆炸一百萬分之一秒後的狀況,因此被很多媒體稱為「迷你版宇宙大爆炸」。對撞溫度超過10萬億℃此次實驗是歐洲大型強子對撞機(LHC)四大實驗之一的大型重離子對撞實驗(ALICE),通過將鉛離子進行對撞,在實驗室條件下重建「大爆炸」之後的宇宙初期形態,獲得的數據將讓物理學家更多了解自然界的基本作用力。