2.42 粒子演化十条线索

目录 ／ 附录-3.《第2季：微观粒子》短视频草稿 (V5.2)

颠覆性预言。粒子会演化，并且不同粒子演化不同步，如果这被证实，现代物理里粒子属性永远不变这条根基要整块改写。这一集是下集，我们把现实世界已经出现的十条线索，一口气摆在你面前，5条来自实验室，5条来自宇宙。先补一句背景，教科书默认两件事：第一，粒子属性永远不变；第二，物理常数永远不变。能量丝理论想做的一件事，就是把这两句话拿出来重新打量，它给出的核心预言翻成人话就是两句：粒子不是死零件，而是会很慢很慢地换节奏，而且不同粒子、不同属性，换得还不一样快。那现实里有什么蛛丝马迹呢，先从离我们最近的5条实验室线索说起。第一条线索来自原子钟。同型号原子钟，一台放海边，一台搬上高山，如果不做修正，时间就会对不上，导航系统每天得给它们掰一掰指针，否则你的位置能飘出十几公里。主流会说：引力不同，让时间变慢，这没问题，但你也可以换个画面：想象两只节拍器，一只是正常放着，另一只是被你垫高、轻轻压一下，它们表面上还是一秒一下一秒一下，但内部受力不同，节奏就会轻微跑偏。原子钟里的原子，就是那只节拍器，它的滴答节奏会随着周围那片能量海被拉得更紧一点或更松一点而被轻轻拧一把，你以为是时间在变，其实是给你计时的那群粒子，自己偷偷把节奏改了。第二条线索叫质子半径。用电子这颗轻粒子当软尺去量质子大小，是一个结果；换成更重的缪子当粗尺，同一个质子却忽然瘦了几个百分点。在日常生活里这不算啥，在粒子物理里已经很惊人了。如果质子真是一块死板小球，用什么尺子量都该一样大；但现实更像是：质子会对来的是什么粒子、环境有多紧张，做出不同回应，来的是轻电子，它松一点给你看，来的是重缪子，它紧一点给你看。也就是说，质子的内部结构会随环境轻微调整。第三条线索是中子能活多久，一帮人用瓶子法把中子关起来数，另一帮人用束流法看中子飞行过程中怎么衰变，几十年过去，两边的答案就是合不到一起，像两块高档机械表，各自都走得很稳，但永远差那么几秒。如果中子内部的节拍本来就会随环境、随能量海张度轻微漂移，不同方法等于用不同方式打扰它，测出来略有偏差，反而显得自然。第四条线索来自一种叫正电子素的短命组合，可以把它想象成电子加反电子凑成的小情侣，理论可以非常精细地算出它应该活多久，但实验发现寿命总是比理论略短一点，而且换个环境，这个短的程度还会跟着变，就像同一份菜谱，在不同厨房做，火候、锅壁、油温都会悄悄影响味道，这种临时组合的粒子结构，对周围能量海的张度显然特别敏感，如果底层在演化，它最先反应出来。第五条线索，是电子的磁性。电子像一块极小的磁铁，理论一层层加修正，数值算得极其精细，实测却始终比理论多出一小截，而且方向很稳定，不像噪音；更像是电子对脚下这锅能量海真实浓度的反应，比公式里假定的理想真空更敏感，所以在磁性上故意多留了一点“活”的余量，提醒你它不是死常数。上面这五条线索，都发生在我们身边，在实验室、在卫星、在精密仪器里，它们一起在小声说一句话：你以为是完美标准件的粒子，其实没那么死板。下面看来自宇宙深处的5条线索。望远镜看得越远，你看到的就越久以前，像是在看宇宙很早很早的一盘录像带。第六条线索，是遥远星系的光谱整体偏红，也就是宇宙红移，我们都学过，一般解释是宇宙在膨胀，波长被拉长，在能量丝的图景里，会多加一句，那一时代的原子、分子，本来就用着节拍更慢的版本，就像老录音机本身转得更慢，录出来的歌整体偏低、偏慢，今天你再用现在的播放器去放，自然感觉整首歌都发红。第七条线索，是光谱细节的错位，很多星系的谱线不只是整体红移那么简单，谱线之间的间距、强弱比例、细节形状，都和地球实验室的标准略有不同，这不只是整首歌降调，而是连和弦搭配都悄悄改了一点，说明参与出声的那些粒子族群，各自内部的能级间隔，随着宇宙年代的推移挪动得还不一样快，有的谱线改得多，有的几乎不动，这正对上了“不同粒子演化不同步”的那种味道。第八条线索来自分子，天文学家喜欢用分子谱线当尺子，但远处同一种分子，键长、振动频率、能级位置，总有一点系统性的偏差，而且偏差方向很一致，像整把尺被轻轻扭了一下，而不是每次乱抖，如果底层的小积木，也就是粒子，本身的大小和卡口略微演化了，上面搭出来的分子尺整体变形，其实很自然。第九条线索，是有名的锂之谜。大爆炸模型算出来早期宇宙该有多少氢、多少氦、多少锂，观测结果是氢和氦大致对得上，唯独锂少了大约三倍。在能量丝的视角里，氢是最简单的单旋纹，氦是比较顺的对称双旋纹，张度稍微偏一点还能做出来；锂的核里旋纹卡扣又多又挑，只在很窄的张度窗口里才能全部卡上，一旦宇宙张度偏出这条缝，氢、氦照常生成，锂就几乎没法合成，于是变成了一块对宇宙张力最敏感的试纸。第十条线索，是频率里的小余数，有些天体信号，把红移、介质、运动这些能想到的影响都扣掉之后，频率还是系统性偏高一点或偏低一点，偏得不大，但不是随机噪声。在能量丝的语言里，这点余数，很可能是发射端和接收端，用的不是同一代粒子，节拍不同，就像两台不同年代的播放器放同一首歌，旋律一样，细节频响不完全相同。现在我们不急着宣布这就是新物理，先退一步问一句：能不能用一段话把这些事情串起来。在能量丝理论里，这段话是这样的，宇宙是一片有张力的能量海，这片海的紧度，在亿万年里缓慢变化，粒子是被张度卷起来的丝结，它们的节拍、大小、寿命、能级间距，会随着这片海轻轻调整，更重要的是，不同粒子、不同属性，对这片海变化的敏感度不一样，有的先变，有的后变，有的特别挑。换成更生活化的比喻，宇宙是一大锅慢火熬着的汤，粒子是里面的各种面疙瘩，火候一点点变，汤的浓度一点点改，有的疙瘩先变软，有的后塌，有的一碰就碎，你今天舀到碗里的那一勺，和十几亿年前那一勺，已经不是完全相同的配方了。说到这里，还有一件事要说清楚，原子钟的引力效应也好，宇宙的整体红移也好，主流现在都是用广义相对论来解释的，在数学上它一点问题没有，问题在于广义相对论告诉你时空会弯，会膨胀，尺子会变，时间会被拉伸，但几乎不追问一句，在弯的到底是什么，在膨胀的到底是哪一层东西在动，这张会变形的网，是用什么织出来的。也就是说，广义相对论更多是一套数学语言，把宇宙写成一张会变形的坐标网格，但这张网背后真正的物理机制，它并没有深挖。能量丝理论想补的，就是这块底层空白，我们不再只说抽象的时空在膨胀，而是说有一片真实存在的能量海，它有张度、有纹理，原子钟的节拍、星系的光谱，都是这片海里粒子的节奏，当这片海的张度在演化，粒子的节拍就会随之改变，原子钟的时间漂移、宇宙的整体红移，就不再只是网格几何变形，而可以用一句话来描述，粒子在缓慢演化，我们看到的是粒子节奏随张度改版后的结果。这样看，广义相对论把宇宙外观的几何关系讲清楚了，能量丝理论试着把这张几何画布背后的物质和机制补上去，不是简单谁对谁错，而是你愿不愿意承认，在同样能算对红移、算对原子钟的前提下，我们可以拥有一张更底层的物理图景，告诉你这张几何，是由一片有张力的能量海和会演化的粒子一点一点织出来的。本集是总览，在第二季合集里，我们会用十个单独的短剧把这些线索拆开讲，除此之外，粒子演化的上集已经置顶，先讨论万物运行规律，然后推导粒子演化的预言。如果这一集对你有启发，请点个关注，转发给身边对宇宙好奇的人，我们用系列新物理科普带你看清整个宇宙。