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物理学上五个要抛弃或者已消亡的杰出理论:包括修改万有引力定律

很多人抱怨科学太单一,这是一个“群体思维”的受害者,想出新点子的人通常被称为疯子。但许多小说思想和理论,创意并不总是等于正确的。特别是在物理学史,充斥着智慧,有创造力的思想,但又是完全错误的。从相对论的竞争理论“光线老化”,“宇宙大爆炸”的竞争理论“稳态”,甚至标准模型的替代理论“坂田模型”,另类的想法对于比较真实宇宙和我们的预测和期望很重要。

大爆炸的竞争性理论,稳态理论,由于宇宙大爆炸压倒性的观测证据出现而失宠消亡

但当数据出来,让那些无效的想法成为过去很重要。继续使用它们只会减缓了科学进步。不幸的是,科学本身可能是公正和客观的,但科学家们并不这样做。他们爱上的想法,当数据显示他们是描述真实物质世界的坏主意时,也无法让他们改变他们的想法,马克斯·普朗克曾戏说:

“一个新的科学真理如果没有说服反对者,让他们恍然大悟,就不算胜利,只有它的竞争对手最终消亡,新一代理论才能成长。”

记住这一点,以下有五个自1980年代以来一直很受欢迎才华横溢的物理新思想,甚至今天仍然流行。但基于证据,他们早就该抛弃了。

一、质子衰变:标准模型统一的电磁力和弱核力,导致了w和z玻色子的发现。如果强核力统一电弱力会发生什么? 大统一理论会产生一系列的后果,其中一个令人惊讶的和引人注目:一个新的、超重玻色子会存在调解质子的衰变。由于预期的寿命约10的30次方年,因此实验收集一些10的30次方个质子,周围建立一个探测器,并等待衰变信号。虽然这个实验装置结果是一个超大的中微子探测器,它没有检测到到一个质子衰变。到如今,我们精确算出质子寿命要大于10的35次方年。基于目前我们所看到的,没有理由认为质子会衰变。

超级神冈探测器装满水的水槽,这里建立关于质子寿命最严格的限制

二 修改万有引力定律:当你看旋转的星系,你很快就会发现旋转的速度与我们可以看到的物质量不匹配。这是真的,不仅仅是物质的行星,还有气体,尘埃,等离子体和黑洞。你可能想添加一个新形式的质量(如暗物质)来弥补这种差异,或者你可以尝试改变万有引力定律通过修改它们。无论哪种方式对于单个星系能得到一个好的结果。但是我们还要考虑其它东西:

  1. 大规模结构的形成,

  2. 宇宙微波背景的波动,

  3. 星系团内个别星系的运动,

  4. 引力透镜的数量和形状,

  5. 合并星系团的引力效应,

  6. Sachs-Wolfe和集成Sachs-Wolfe效应

  7. 在不同的尺度/大小的星系各种暗物质和正常物质(从单个恒星的运动推断)的比例。

当我们添加暗物质时,所以都能完美解释。当我们修改万有引力定律,对万有引力定律的调整能解决一个问题其它问题无法解决。修改万有引力定律的许多变体在过去35年已经编造了许多;所有都无法重现我们所观察到的。使用一个成功修改万有引力定律来反对暗物质的白日梦已经过去很长时间了。

修改后的万有引力定律和暗物质都可以解释这些观察到的星系旋转曲线

三、超对称:为什么在普朗克尺度之间的质量(10的19次方GeV)和我们知道的粒子质量 (峰值达到~ 10的2次方 GeV) 会有这样的差别呢?一个来解决这个问题的想法是超对称,假定每一个标准模型粒子,都有一个超对称粒子来保护这个质量。虽然有很多优雅的理由支持超对称性,事实上,这些粒子应该以跟最大标准模型粒子质量大约相同的质量存在。随着LHC的出现,我们已经确定,如果这些粒子存在,他们很多时候比标准模型粒子重,以至于他们不再能解决质量差的问题,来作为解释这种层次问题的超对称理论完全是无效的。

标准模型粒子和超对称对手。粒子谱是弦理论中四种基本力的一个不可避免的后果

四、Technicolor理论:现在我们都知道希格斯玻色子赋予了宇宙中粒子的静止质量。但是如果没有希格斯粒子;是否可能有另一种获得质量的方法?肯定有: Technicolor!相对于希格斯玻色子,额外轨距交互提供了另一个给予粒子质量的机制,顺便避免了层次问题。但理论上,他们应该在弱电力尺度产生新的物理现象,但并没有发现。而随着板上钉钉的实验证实希格斯玻色子的存在,给予了technicolor假设致命一击。然而,这个不足信想法的研究仍然继续着。

红绿蓝颜色类推,类似于量子色动力学,Technicolor因其而得名和开始

五、基于WIMP的暗物质、这个是备受争议,因为暗物质存在的证据势不可挡。暗物质必须被创建,并且有大量的扩展标准模型,创造出重的,中性,不通过电磁或强大的核力相互作用的粒子。也应该有一个粒子(或一类粒子)负责看不见的宇宙质量:暗物质。关于暗物质间接的,天体物理学证据是压倒性的。但是由于一些原因,绝大多数直接检测的努力都集中在一个特定的,狭窄的模型:基于弱相互作用大质量粒子(WIMP)在一个特定的质量范围:大约10的2次方 - 10的3 次方GeV。该模型没有像其它预测一样被证明,有的只是被限制约束。基于WIMP的暗物质,所谓的WIMP奇迹,已被证伪。早就该认真的寻找其他形式的暗物质了。

实验上WIMP暗物质的限制非常严重

事实上一个最好的新科学理论所能做的就是对你在这个宇宙可以的观察做出预测。当你走出去寻找它,答案就在那里。如果不是,要么你犯了一个错误,或者你应该放弃你的理论。

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