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項(xiàng)海波1開宗立派:光量子,玻爾模型

更新時(shí)間:2023-10-08 文章作者:佚名 信息來源:網(wǎng)絡(luò)整理 閱讀次數(shù):

向海波 撰稿Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1 學(xué)校的建立:光量子、玻爾模型Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1900年12月14日,精通音樂和歌詞的日本化學(xué)家馬克斯·普朗克(Max ,1858-1947)發(fā)現(xiàn),如果用量子化(),即不連續(xù)、離散的概念來看待電磁波的能量,頻率分布,則可以得到關(guān)于宋體輻射(對于外界電磁波,沒有反射,沒有透射,完全吸收,這樣的物體稱為宋體(黑體)。宋體本身輻射電磁波的現(xiàn)象是稱為宋體輻射。) 的正確公式。 盡管這三天后來被認(rèn)為是量子熱(或舊量子理論)的誕生日,但普朗克本人卻對其中蘊(yùn)含的革命性思想完全不屑一顧。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

圖 1:空氣輻射頻譜。 普朗克公式與實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全一致。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1905年,愛因斯坦(1879-1955)在慕尼黑學(xué)院完成了博士學(xué)位。 這一年,他發(fā)表了四篇關(guān)于光電效應(yīng)、布朗運(yùn)動、狹義相對論以及質(zhì)量與能量關(guān)系的論文。 同時(shí)在四個不同領(lǐng)域做出了開創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。 因此,1905年也被稱為愛因斯坦奇跡年(Annus)。 其中,在光電效應(yīng)的研究中,愛因斯坦提出量子化不僅僅是一種物理方法,光本身的能量也是量子化的。具體來說,對于頻率為ν的光,其能量只能為Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

E=hν=?ω(1)Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

的整數(shù)倍,其中 h=6.626×10?34J s 稱為普朗克常數(shù),?:=h/2π 稱為簡化普朗克常數(shù); 光稱為光量子(light),或光子(); 光只能發(fā)射或吸收至少一個光子的份額。事實(shí)上,考慮狹義相對論引入的光的能量動量關(guān)系E=pc,我們還可以知道光的動量也是量子化的,即Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

p=h/λ 或 p=?k(2)Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

是光子攜帶的動量。 愛因斯坦的這些觀點(diǎn)非常富有想象力和突破性,與人們心中長期以來存在的物質(zhì)世界“連續(xù)性”的觀念發(fā)生了強(qiáng)烈的碰撞,以至于他們甚至被視為創(chuàng)始人量子理論。 普朗克的反對。 但最終被實(shí)驗(yàn)否定,成為量子熱的起源之一。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1913年,為了解決古典數(shù)學(xué)框架下原子光譜的離散性和盧瑟福原子模型(行星模型)的不穩(wěn)定性,結(jié)婚第二年的玻爾(Niels Bohr,1885-1962),提出了玻爾原子結(jié)構(gòu)模型。 其核心思想是Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? 電子穩(wěn)定地位于核外一系列離散的基態(tài)上(即軌道能量和角動量被量子化);Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

?僅當(dāng)電子在兩個基態(tài)之間躍遷時(shí),原子才會發(fā)射或吸收頻率為ν=(ΔE)/h 的譜線。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

對于氫原子等一些簡單的情況,玻爾理論給出了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)一致的解釋。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這類工作構(gòu)成了早期量子理論的主要部分。 事實(shí)上,它啟發(fā)我們微觀世界應(yīng)該有一個不同于經(jīng)典數(shù)學(xué)的新的基本定律。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

2 仁渡觀通:矩陣熱、波熱、相對論量子熱Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在提出光量子概念后的幾年里,愛因斯坦進(jìn)一步強(qiáng)調(diào),波動性和量子性(粒子性)是光必須具有的固有屬性,這就是光的波粒二象性。 1924年,受到愛因斯坦光量子理論的啟發(fā),大學(xué)之初學(xué)習(xí)歷史的德布羅意(de ,1892-1987)在博士論文中提出,必須結(jié)合波粒二象性(波-)擴(kuò)展到所有微觀粒子,即波可以具有量子(粒子)屬性,普通物理粒子也應(yīng)該具有波屬性。 由此,德布羅意提出了物質(zhì)波的假設(shè),認(rèn)為對于動量和能量分別為p和E的自由物理粒子,與之相關(guān)的是如下波:Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

λ=h/p,(3)Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

ν=E/h。 (4)Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

德布羅意的物質(zhì)波理論被他的導(dǎo)師交給愛因斯坦審閱,并受到前者的高度贊賞。 這不僅使他獲得了博士學(xué)位,而且將整個量子理論帶到了一個新的水平。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

圖 2:電子雙縫實(shí)驗(yàn),結(jié)果是像正常波一樣的干涉圖案。 從第一張圖到第四張圖,電子越來越多,干涉圖樣也越來越清晰。 但值得注意的是,雖然圖中的每個點(diǎn)代表一個到達(dá)檢測屏幕的電子,但點(diǎn)的離散形狀并不意味著電子的“粒子性”。 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是 Akira 團(tuán)隊(duì)于 1988 年進(jìn)行的。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1925年6月,剛剛獲得哥廷根學(xué)院教職的海森堡(1901-1976)為了避免過敏性濕疹來到瑞典南部的海庫蘭島。 在那里,他在細(xì)細(xì)品味歌德的抒情詩《西-奧合集》(West-?Divan)的同時(shí),給出了一個新方案,通過類比傅立葉級數(shù)來描述量子論,并發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵:非交換律()。 海森堡將他的結(jié)果發(fā)送給他的大學(xué)老師馬克斯·玻恩(Max Born,1882-1970)后,前者意識到海森堡的方法實(shí)際上引入了矩陣( )的概念。 在此基礎(chǔ)上,一開始他們與玻恩的助教喬丹(1902-1980)一起開發(fā)了一種用系統(tǒng)矩陣語言描述量子理論的新方法,稱為矩陣熱學(xué)( heats)。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

與此同時(shí),正在劍橋攻讀博士學(xué)位的狄拉克(Paul Dirac,1902-1984)強(qiáng)調(diào),矩陣熱學(xué)中的不可交換性與解剖熱學(xué)中的泊松括號密切相關(guān)。 在此基礎(chǔ)上,狄拉克建立了完整的規(guī)范量子化()程序量子物理學(xué)七個理論,并獲得了博士學(xué)位。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1925年,時(shí)任克拉科夫?qū)W院院長的歐文·薛定諤(Erwin Schr?,1887-1961)受邀發(fā)表德布羅意關(guān)于波粒二象性的論文后,構(gòu)造了一個非相對論性的波多項(xiàng)式,稱為薛定諤方程,并于 1926 年上半年完成了他所謂的波熱的創(chuàng)建。 20世紀(jì)20年代,數(shù)學(xué)界還不熟悉矩陣這個工具,因此基于波函數(shù)和偏微分運(yùn)算的薛定諤多項(xiàng)式一誕生就受到當(dāng)時(shí)化學(xué)家的熱烈贊賞。 同年,薛定諤在研究了海森堡等人構(gòu)造的矩陣熱力學(xué)后,證明了矩陣熱力學(xué)與波熱力學(xué)的等價(jià)性。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

至此,在以海森堡、薛定諤為代表的眾多化學(xué)家的共同努力下,量子理論的內(nèi)在邏輯和圖景得以清晰地展現(xiàn)在世人面前; 早期的量子理論(或者說舊量子理論)終于“飛躍”到了一個新的階段,所謂的現(xiàn)代量子熱誕生了。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

圖 3:以他的名字命名的方程刻在薛定諤石上。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

當(dāng)薛定諤多項(xiàng)式首次提出時(shí),人們并不知道波函數(shù)的本質(zhì)是什么。 1926年,玻恩提出了波函數(shù)的概率推導(dǎo)(玻恩法則),聲稱波函數(shù)是概率展布,其模代表某處出現(xiàn)粒子的概率密度,其在整個空間的積分是歸一化的。 1927年,海森堡受聘于玻爾研究所并與玻爾合作,提出了不確定性原理( ); 玻爾將波粒二象性和不確定性原理所體現(xiàn)的精神歸為互補(bǔ)原理()。 在此概念的基礎(chǔ)上,以玻爾和海森堡為代表的化學(xué)家對于量子熱中長期以來困擾人們的許多新現(xiàn)象和問題逐漸提出了一套自洽的想法。 為赫爾辛基演出( )。 它主要包括:Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? 系統(tǒng)的量子態(tài)(量子態(tài))可以完全用波函數(shù)描述;Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? 天生的規(guī)則;Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? 互補(bǔ)原則;Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? 對應(yīng)原理():大尺度系統(tǒng)的量子行為應(yīng)逼近經(jīng)典態(tài);Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? 檢測導(dǎo)致波函數(shù)崩潰(波)。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

一般來說,奧斯陸推論已被公認(rèn)為量子熱的正統(tǒng)推論。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

圖4:玻爾在1947年獲得英國最高榮譽(yù)勛章時(shí)為自己設(shè)計(jì)的盾形紋章。其主體采用了中國傳統(tǒng)的形狀和寓意; 上面寫著拉丁詞sunt,英文翻譯是are,中文翻譯可以相反互補(bǔ)。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

有趣的是,作為量子熱的重要創(chuàng)造者,愛因斯坦和薛定諤都是赫爾辛基推論的堅(jiān)定反對者,或者至少是執(zhí)著的“挑選者”。 他們與阿姆斯特丹學(xué)派之間形成了曠日持久的爭論。 其中,EPR悖論(EPR)和薛定諤的貓(Schr?'s Cat)是他們在1935年為了打敗前者而提出的著名思想實(shí)驗(yàn)。 不過,同樣有趣的是,這兩個反對意見極大地推動了量子熱中一些基本問題的研究和澄清,并最終被證明是阿姆斯特丹推論的有力論據(jù)。 其中所包含的量子糾纏()現(xiàn)象已在包括量子通信、量子估計(jì)在內(nèi)的越來越多的學(xué)科中得到應(yīng)用。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

然而,確實(shí),以波函數(shù)塌縮為代表的量子熱的一些本質(zhì)問題實(shí)際上還沒有完全解決。 許多不同的解釋,比如最流行的平行宇宙解釋,或多世界表示(many-),人們?nèi)栽谘芯浚宰罱K解決這個問題。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

圖5:1927年10月在荷蘭阿姆斯特丹召開的第五屆索爾維大會照片。這次會議的主題是“電子與光子”,專門為討論新完善的量子熱而舉辦。 看起來量子熱學(xué)的基本框架已經(jīng)被廣泛認(rèn)可,但關(guān)于量子熱學(xué)的演繹問題,會上的兩位主角愛因斯坦和玻爾形成了激烈的對抗,從而開啟了所謂的“玻爾-愛因斯坦之爭” ”。 圖中幾乎每個人都對量子熱或現(xiàn)代化學(xué)做出了重大貢獻(xiàn)。 下面列出他們每個人的名字,以表達(dá)我們的歉意和緬懷。 每行從左到右排列。 第 3 行:奧古斯特·皮卡德、亨利奧特、保羅·埃倫菲斯特、愛德華·赫爾岑、西奧弗·通德爾、歐文·薛定諤、維西亞·索肖、沃爾夫?qū)づ堇⑽旨{·海森堡、拉爾夫·福勒、萊昂·布里淵; 第二排:彼得·德拜、馬丁·克努森、威廉·勞倫斯·布拉格、亨利·德里克·克萊默、保羅·狄拉克、阿瑟·康普頓、路易斯·德布羅意、馬克斯·玻恩、尼爾斯·玻爾; 第 1 行:歐文·朗繆爾、馬克斯·普朗克、瑪麗·居里、亨德里克·洛倫茲、阿爾伯特·愛因斯坦、保羅·朗之萬、查爾斯·蓋耶、查爾斯·威爾遜、歐文·理查森。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在反常塞曼效應(yīng)的研究中,泡利(1900-1958)于1924年強(qiáng)調(diào)電子應(yīng)該有一個本征量子數(shù)。 在此基礎(chǔ)上,次年他進(jìn)一步提出泡利不相容原理(Pauli); 該原理指出,沒有兩個或多個電子可以處于同一量子態(tài)。 1925年9月,(,1900-1988)和(,1902-1978)強(qiáng)調(diào)電子可以具有數(shù)量級為s=?/2的載流子(自旋)角動量,而這就是本征量子數(shù)的來源泡利提到的電子。 1927年,泡利引入了一個二分量旋量()波函數(shù)和三個分別代表載流子態(tài)和載流子算符的二維表示矩陣,稱為泡利矩陣,并將它們應(yīng)用在薛定諤多項(xiàng)式中,從而得到了非相對論運(yùn)動可以描述電子的多項(xiàng)式,稱為泡利多項(xiàng)式。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

至于泡利不相容原理,泡利和狄拉克分別提出相同粒子()的概念后,可以簡單而優(yōu)美地發(fā)現(xiàn)交換后使波函數(shù)反對稱的粒子必然遵守它。 至于為什么交換后使波函數(shù)反對稱的粒子是半整數(shù)載流子(稱為費(fèi)米子)的粒子,這個問題還要等到狹義相對論應(yīng)用于量子場論的因果律才能解釋。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

自從1905年愛因斯坦提出狹義相對論以來,人們自然有理由相信任何高能理論都應(yīng)該具有相對論協(xié)變性。 1926年,克萊因(,1894-1977)和戈登(1893-1939)提出了最簡單的相對論波多項(xiàng)式,稱為克萊因-戈登多項(xiàng)式。 但由于負(fù)能量和負(fù)概率的困難,以及無法正確解釋氫原子中的問題,它的真正含義在提出后很長一段時(shí)間內(nèi)無法被化學(xué)家理解。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

面對泡利多項(xiàng)式和克萊因-戈登多項(xiàng)式各自的問題,狄拉克于1928年完善了一種可以防止負(fù)概率的相對論多項(xiàng)式,即狄拉克多項(xiàng)式。 這個多項(xiàng)式強(qiáng)大的解釋力立刻就被解讀出來了,它本身就含有電子載流子,非常漂亮。 這樣,狄拉克多項(xiàng)式自然就成為相對論量子熱的基本多項(xiàng)式()。 而且,狄拉克多項(xiàng)式一直存在負(fù)能量的問題。 因此,從1929年到1931年,狄拉克借助所謂的狄拉克海()預(yù)言了正電子的存在(并于次年被否定),從而首次將反物質(zhì)(反物質(zhì))的概念帶入世人。 人類思維。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1930年,狄拉克在其劃時(shí)代的巨著《Theof》(Theof)中強(qiáng)調(diào):Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? 量子態(tài)是希爾伯特空間中的一個向量;Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? () 是作用于希爾伯特空間的自伴算子(埃爾米特矩陣)。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

這樣,狄拉克將海森堡的矩陣熱力學(xué)和薛定諤的波動熱力學(xué)整合到同一個物理方法中。 與此同時(shí),馮·諾依曼(,1903-1957)也給出了類似的工作,這反映在他1932年出版的《量子熱的物理基礎(chǔ)》(of)一書中。狄拉克和馮·諾依曼的工作共同導(dǎo)致了所謂的狄拉克-馮·諾依曼公理。 與赫爾辛基推論一起,我們也可以將其視為量子熱的假設(shè)。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

至此,量子熱的高樓大廈已經(jīng)嚴(yán)格建立起來。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

3 登峰造極:量子場論、粒子化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1925年至1926年,玻恩、海森堡和喬丹將電磁場視為無限維諧振子(),從而通過規(guī)則量子化給出了電磁場的量子化。 但他們的工作沒有考慮到相互作用。 1927年,狄拉克歷史上首次對電磁相互作用進(jìn)行了量子熱估計(jì),并提出了量子電熱(QED:)這一術(shù)語。 在這項(xiàng)工作中,為了量子化電磁場,狄拉克巧妙地創(chuàng)造了一種形成湮滅算子(and)的方式。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

量子物理學(xué)七個理論_量子物理理論學(xué)什么內(nèi)容_量子物理理論學(xué)者是誰Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1928年至1934年期間,喬丹、維格納(1902-1995)、海森堡、泡利和費(fèi)米(Fermi,1901-1954)采取了反對伊的手段()——也就是現(xiàn)在的所謂喬丹——費(fèi)米子的維格納量子化——表明,正如電磁場的量子化突發(fā)對應(yīng)于不同數(shù)量的光子一樣,電子作為物理粒子,經(jīng)過場量子化后也可以被視為相應(yīng)的突發(fā)元素。 這樣,以量子為橋梁,電磁場和真實(shí)粒子統(tǒng)一在場的概念下。 最后,在 1934 年,海森堡將狄拉克多項(xiàng)式和原始的克萊因-戈登多項(xiàng)式重新解釋為描述不同粒子場的運(yùn)動多項(xiàng)式,而不是單個粒子的波函數(shù)。 在這些場景下,方程解的所謂負(fù)能量問題就很容易解決:它描述的是反物質(zhì)本身,根本不需要引入狄拉克海的概念。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1930年及以后,奧本海默(,1904-1967)等人強(qiáng)調(diào)在微擾估計(jì)中,量子電熱的高階項(xiàng)會出現(xiàn)一些不可避免的無窮大,理論出現(xiàn)分歧。 量子場論由此進(jìn)入第一個低谷。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

快進(jìn)到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束。 受漢斯·貝特(Hans Bethe,1906-2005)1947年工作的啟發(fā),施溫格(,1918-1994)、費(fèi)曼(,1918-1988)、朝永真一郎( ,1906-1979)和戴森(Dyson,1923-)等人圍繞1950年系統(tǒng)地消除量子電熱學(xué)中的高階發(fā)散,稱為重正化()(事實(shí)上,Ernst(,匈牙利,1905年-1984年)曾于1943年獨(dú)立建立了重正化工作,但未能引起數(shù)學(xué)界的重視那時(shí)。)。 應(yīng)用重正化后,QED對電子反常磁矩的估計(jì)、氫原子譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)(蘭姆位移,)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都達(dá)到了非凡的水平,從而贏得了“寶石”的美譽(yù)。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在構(gòu)造重正化的過程中,費(fèi)曼發(fā)明了一種表示每個階展開項(xiàng)的圖形技術(shù),稱為費(fèi)曼圖( )。 費(fèi)曼圖現(xiàn)在作為一種可視化的數(shù)學(xué)直覺深深地植根于理論化學(xué)家的思維中。 同時(shí),費(fèi)曼還給出了量子熱的另一種實(shí)現(xiàn):路徑積分描述(path)。 該理論并不預(yù)先要求量子系統(tǒng)必須滿足經(jīng)典的最小劑量原理(least),但最終卻能得到與前者相同的結(jié)果。 路徑積分的出現(xiàn)進(jìn)一步加深了人們對量子熱本質(zhì)的認(rèn)識。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

圖 6:關(guān)于路徑積分的幽默但正確的描述。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

隨著量子電熱重整化的勝利,人們開放地相信量子場論的思想很快將為所有微觀現(xiàn)象提供完整的描述框架。 然而,人們后來發(fā)現(xiàn):1)當(dāng)時(shí)描述弱相互作用的費(fèi)米理論是不可重整化的; 這是對基本精神的嚴(yán)重違背。 由此,量子場論進(jìn)入了歷時(shí)數(shù)年的第二個艱苦探索時(shí)期。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

轉(zhuǎn)折點(diǎn)來自兩個來自中國的年輕人。 1954年,楊振寧(1922-)和米爾斯(Mills,1927-1999)將局域規(guī)范變換()從量子電熱的U(1)阿貝爾情況推廣到高維非阿貝爾情況,進(jìn)而構(gòu)造非阿貝爾規(guī)范理論,也稱為楊-米爾斯(Yang-Mills)理論。 未來的發(fā)展將表明Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

? 規(guī)范不變性(規(guī)范)是管理所有相互作用的一般原則,并且Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

?楊-米爾斯理論是他們共同的敘事框架。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1956年,李政道(1926-)和楊振寧共同強(qiáng)調(diào)弱相互作用下宇稱不守恒(),直接強(qiáng)調(diào)了電磁相互作用與弱相互作用統(tǒng)一的正確方向。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

在上述工作的基礎(chǔ)上,格拉肖(,1932-)和薩拉姆(,1926-1996)分別于1960年和1964年獨(dú)立構(gòu)建了統(tǒng)一電磁相互作用和弱相互作用理論。 1964年,在北方自發(fā)對稱破缺(Nambu,1921-2015)工作的基礎(chǔ)上,希格斯(Peter Higgs,1929-)等人強(qiáng)調(diào)自發(fā)對稱破缺可以使楊-米爾斯理論中間的玻璃骰子(規(guī)范場)來獲得質(zhì)量。 這個理論后來被稱為希格斯機(jī)制。 1967年,溫伯格(,1933-)和薩拉姆將希格斯機(jī)制引入電弱理論,從而成功地使儀表玻璃骰子在電弱相互作用中獲得了質(zhì)量。 1971年,特霍夫特(',1946-)和他的導(dǎo)師韋爾特曼(量子物理學(xué)七個理論,1931-)證明了楊-米爾斯理論的重正化性。 至此,電弱統(tǒng)一理論(又稱GSW模型)終于完全建立。 1973年,GSW模型所預(yù)測的中性流在實(shí)驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)后,被廣泛接受。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

1964年,在復(fù)雜強(qiáng)子的研究中,蓋爾曼(Gell-Mann,1929-)和茨威格(Zweig,1937-)獨(dú)立提出了夸克理論()。 1968年,哈佛線性加速中心(SLAC)通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了上夸克和下夸克的存在。 1972年,(,1943-)和Gell-Mann等人在Yang-Mills規(guī)范理論的基礎(chǔ)上完善了描述強(qiáng)相互作用的量子色動力學(xué)(QCD:)。 1973年,格羅斯(David Gross,1941-)、維爾切克(Frank,1951-)和波利策(Hugh,1949-)發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)相互作用的漸近自由度(),即重正化后,則隨著能量尺度減小,強(qiáng)相互作用的耦合常數(shù)變小。 這使得在QCD中進(jìn)行微擾展開成為可能。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

迄今為止,人類已知的自然界四種基本相互作用中,不僅有引力,其他三種都獲得了基于楊-米爾斯規(guī)范理論的QED理論、GSW理論和QCD理論——這就是量子場論(QFT) :field) - 主要組件的完整描述。 量子場論解釋的這三種基本相互作用的圖景被稱為粒子化學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

圖 7:標(biāo)準(zhǔn)模型中的基本粒子及其分類。 基本粒子有 62 個,估計(jì)如下。 夸克:6 x 3 顏色 x 2(正負(fù)粒子)= 36; 輕子:6 x 2(正粒子和負(fù)粒子)= 12; 標(biāo)準(zhǔn)玻璃骰子:8個膠子+1個光子+1Z玻璃骰子+2W玻璃骰子=13個; 希格斯:1。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

4 跟誰斗:追趕標(biāo)準(zhǔn)模式Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

雖然取得了令人矚目的成功,但標(biāo)準(zhǔn)模型也留下了許多懸而未決的問題,如質(zhì)量產(chǎn)生機(jī)制、強(qiáng)CP問題、中微子振蕩等。 此外,建立在廣義相對論基礎(chǔ)上的宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型(ΛCDM模型)也提出了幾個亟待解決的重大疑點(diǎn),如重子不對稱性、暗物質(zhì)(暗)、暗能量(暗)等。 通過威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)三年的觀測得出結(jié)論,在宇宙物質(zhì)總量中,粒子化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型描述的常規(guī)物質(zhì)僅占4.9%,而暗物質(zhì)則占4.9%。為 26.8%。 %,暗能量占比高達(dá)68.3%。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

圖8:宇宙中的暗能量和暗物質(zhì)遠(yuǎn)少于普通物質(zhì)。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

我們期望理論化學(xué)能夠繼續(xù)對這些問題給出合理的答案,于是這就形成了所謂的數(shù)學(xué)趕上標(biāo)準(zhǔn)模型(BSM:模型)。 對此,目前主流的解決方案是引入超對稱(SUSY:)。 介紹超對稱的標(biāo)準(zhǔn)模型,也稱為超楊-米爾斯(SYM)理論。 2012年,隨著大型強(qiáng)子對撞機(jī)希格斯波骰子的發(fā)現(xiàn),即標(biāo)準(zhǔn)模型拼圖的最后一塊,人類的下一個目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)超對稱粒子。 我國目前正在建設(shè)的圓形正負(fù)電子對撞機(jī)(CEPC)如果能夠?qū)崿F(xiàn)這一愿景,將給理論化學(xué)乃至整個人類科學(xué)帶來重大突破。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

上面提到的許多問題都屬于薩拉川()未解決的數(shù)學(xué)問題。 要解決它們,實(shí)際上已經(jīng)涉及到廣義相對論和量子論的統(tǒng)一,即量子引力的課題()。 目前,我們認(rèn)為誕生于 20 世紀(jì) 70 年代的超弦理論是這項(xiàng)任務(wù)最有希望的候選者之一。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

關(guān)于作者Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

向海波畢業(yè)于中國人民大學(xué)化學(xué)系,論文方向?yàn)橄?氣體宇宙模型。 目前從事黑洞信息、量子引力、物理化學(xué)等方面的研究。Wry物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

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