『……強核力是以蓋爾曼的對稱性為本,這種力能夠把三種夸克束縛在一起,構成質子和中子,而弱核力則基於一種規模比較小的對稱性,也就是電子和微中子的重新排列,接著又與電磁結合。』*
那麼,是什麼力量把這所有的粒子束縛在一起呢?
『……楊–米爾斯場便稱為膠子(gluon),因為它的作用就像黏膠,能把夸克黏貼在一起……為辦到這點,夸克就必須有三個類別,或就是三種顏色,而且必須服從蓋爾曼的三夸克對稱性。所以,這樣一種新的強核力理論,……冠上了量子色動力學(quantum chromodynamics, QCD)稱號,而且迄今這也就相當於強核力最為人熟知的代表性理論。』*
至於弱核力,『還有另一種楊–米爾斯場(稱為W和Z粒子)則描述了電子和微中子之間的交互作用。』*
對強核力、弱核力用粒子的對稱性加上楊–米爾斯場,這就形成了一項新的理論,標準模型(Standard Model)。
夸克,目前的實驗顯示共存在6種夸克,和他們各自的反粒子。這6種夸克又可分為三「代」,代數愈多質量愈重。輕子,共存在6種輕子和他們各自的反粒子。其中3種是電子和與它性質相似的μ子和τ子。而這三種各有一個相伴的微中子。他們也可以分為三「代」(維基百科):
夸克 輕子
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一代 u(上) d(下) e(電子) νe(電微中子)
二代 s(奇) c(魅) μ(渺子) νμ(緲微中子)
三代 b(底) t(頂) τ(濤子) ντ(濤微中子)
然而,我們的宇宙並非完全對稱的,所以需要某種能夠打破標準模型(Standard Model)的對稱性,才能完備該理論,那就是最後一片粒子拼圖的希格斯玻色子(Higgs boson)。
『……宇宙剛開始時是處於一種完全對稱的狀態。所有次原子粒子都隸屬於相同對稱性的一部分,而且它們都具有零質量。由於它們具有零質量,它們就可以經過重新排列,而且方程式依然保持不變。然而,基於某種原因,它們是不安定的;它處於偽真空狀態。轉移到真的(但不破缺的)真空所需的場是希格斯場(Highs field)。……不過基於某種原因,希格斯場的對稱性開始破缺。……粒子開始獲得不等質量,原始對稱性破缺了。……最後,整個宇宙便……存在於一種新的真空狀態』*
新的量子理論,已經可以解釋粒子的微觀現象,並可以一直追溯到宇宙開始之初。但是一旦把重力納入考慮,就撞到了牆。也就是說,新的量子理論已經把強核力、弱核力、電磁力納了進來,唯獨重力還被排除在外。重力的研究,還得回到愛因斯坦的廣義相對論,目前進一步的研究是停滯不前,尤其其相關的實驗太難設計實施了。相對在量子上的實驗就比較「容易」,建立圓形的加速器讓粒子加速之後對撞,然後用電腦分析所產生出來的碎片,這也是為什麼標準模型(Standard Model)能夠突飛猛進的原因。
物理學界一直希望能夠完成一個大一統的理論,同時涵攝從微觀出發的量子理論和從巨觀著眼的重力理論(愛因斯坦的相對論),但是目前尚無任何突破的跡象,讓我們拭目以待。或許那樣的萬有理論,就是所謂神的方程式(God equation)吧!
根據研究,我們所在的宇宙是逐漸在膨脹的,終將「撕裂」開來,但是那絕對不是以我們人類生命的尺度可以想像或衡量的未來,那麼神的方程式呢?我很好奇。
*:《神的方程式》,加來道雄 著,蔡承志 譯
2022/9/16 神的方程式 Damakey

