第39章屏蔽与反屏蔽
真空不空,这是早已被验证的基本事实,也是格拉维斯早已掌握的应用。
量子涨落现象,对微观环境下电荷测量值有着深重影响,并且随着尺度的缩小,影响会变得越大。
这种影响与宏观世界中一种极为常见的现象并无本质区别,这种现象就是化学中的电磁屏蔽效应。其指在有机化合物中,氢核不但受周围不断运动着的价电子影响。还受到相邻原子的影响。当有机化合物放入强磁场中时,在外磁场作用下,氢核外运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场,起到屏蔽作用,使氢核实际受到的外磁场作用减小。
不仅氢核如此,所有的带电粒子都有着相似的效应。
扩展开来,当把一个带电分子置入水中时,在对其所携带的电荷进行测量,会发现所测得的数据小于该物体原本携带的电荷量。因为其本身携带的电荷会使水分子发生极化,产生的感应磁场便会将带电分子本身的磁场抵消一部分,即产生了屏蔽。
真空中存在着量子涨落,在小时间尺度下,无时无刻都有着正负电子对从真空中诞生再相互湮灭。
同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。
当一个电子被置于真空中时,这些从真空中凭空诞生的正负电子对,就会受到这颗电子所携带电荷的影响,带有正电荷的负电子被吸引,带有负电荷的电子则被排斥,整个正负电子对便发生偏转,形成了“磁矩”。
在电荷的周围,真空被“极化”了。在任何有限距离下,真空极化的净效果会抵消掉场的一部分。当愈来愈接近中央的电荷时,能看到的真空效应会愈来愈少,而有效电荷则会增加。宏观中测量为携带一库伦的电荷的粒子,其测量到的一库伦电荷实际是被屏蔽后的一电荷,粒子的实际电荷其实大于一库伦。
这种屏蔽效应在宏观尺度上完全可以忽视,认为一库伦的电荷就是一库伦,并不会影响任何实际结果。
可随着距离尺度拉近屏蔽效应逐渐消失,带电粒子就暴露了原本的电荷量,电磁力随着距离变小增长的幅度也就变大了,电磁力、强力与引力交汇的第一个条件看到了希望。
只是电磁力随距离变小而增大的趋势变高,依然还不足以达成统一,强力实在太强了。
这时,把强力拉下神坛的第二个概念便显露出了自己的作用。
它就是渐进自由。
在量子场论描述强力的量子色动力学中,与电磁力的真空极化同样的现象会发生在虚夸克-反夸克对身上,它们会有屏蔽色荷的倾向。
然而,量子色动力学还有一道难题:传递强力相互作用的胶子,本身就带有色荷!
而且胶子携带的色荷方式方式与夸克还不一样,每一胶子都带有一色荷及一反色荷磁矩。
真空中,虚胶子的净效应并不会屏蔽场,反而会加强它,并改变其色。这个现象有时会被称为“反屏蔽效应”。
当胶子愈来愈接近夸克时,周围虚胶子的净反屏蔽效果会愈来愈弱,因此这个效应在距离减少的情况下,会使有效色荷变弱。
虚夸克的屏蔽效应与虚胶子的反屏蔽效应相反,且反屏蔽效应的效果远远大于屏蔽效应,即在一定范围内,粒子越接近力就变得越弱,粒子也就更加自由。
渐进自由可以由扬-米尔斯规范场理论数学推导而出,在夸克种类小于或等于16种时,理论有渐近自由,而夸克只有上(u)、下(d)、奇(s)、粲(c)、底(b)及顶(t)六味,渐进自由必然存在。
随着距离的减小,渐进自由效应让强力减小的幅度远远的超过原本的曲线模型。距离越小,所能观测到的色荷大小或者说强力的强度变的比原本想象的更小,急转直下与增长幅度变大的电磁力相交——弱强统一在10e-33的距离,10e16电子伏能量这个点上达成了统一。
最后,还剩下那虚无缥缈而又无处不在的引力。
引力是广义相对论中描述时空弯曲的物理量,在广义相对论中,时空是平滑的。
可当进入到微观的世界,时空变得就不那么一样了。元素化、重力炸弹、普朗克神狱等等格拉维斯见识过,使用过和体会过的,通过引力在微观尺度上达成的神奇现象,早已向它解开了时空在微观尺度下的真面目。
量子世界中,时空在涨落和扭曲着,就如同澡盆里的泡沫那般,却更复杂,更瑰丽,变化的也更加混沌,这就是量子泡沫。
适用于宏观尺度的广义相对论是量子引力理论的低能有效场论,在特定的微观尺度下——到这里,你们应该也猜到这个空间尺度是什么了,没错,就是普朗克尺度。
引力在普朗克尺度下也遵循着不确定性原理,当两个粒子之间的距离小于本身的康普顿波长时,动量的不确定性就会猛增,意味着动量也就会越大。动量越大,即能量越大。
质量本质上等价于能量,因此,引力的强度也就越大。
在普朗克尺度下,时空因量子泡沫而起伏不定,引力遵从四次方反比定律,随距离减小而增大的速度超乎想象,甚至有机会追上电磁力的强度。
对此,格拉维斯可是很早就有着切身体会,某位深渊恶魔的招牌技能重力炸弹就是最好的体现。引力的强度确确实实追上了电磁力的强度,变化曲线当然也与电磁力发生了交汇。
大统一就此实现……实现个亡灵!
强力与电磁力,电磁力与引力,在屏蔽效应、渐进自由以及两只泡沫的修正下,量子场论重整化确实使得三种基本系相互作用的耦合常数在普朗克尺度上发生了交汇,可这交汇并没有在同一个点上!
环绕整个主物质界所在恒星系的加速器,还有萨克丽丝的展示,为格拉维斯的大统一理论拼上了最后一块缺失的拼图,即超对称模型。