《物理世界之重子产生》 《创新物理学》之八

李小坚  龚天任                                     

一、重子产生,打开宇宙奥秘的钥匙

现代基础物理的一个重要里程碑是标准模型的建立,该模型是粒子物理学所发现的物质世界中形形色色的各类粒子的经验总结。随着标准模型理论逐步完善,但仍有许多令人困扰的谜团。物理学界对以下问题还没有完美的答案,指明物理学界需要创新物理模型:

1.什么是暗物质?

2.宇宙膨胀的机理是什么?

3.什么机制导致了早期产生的星系及其结构?

4.什么是导致正物质对反物质支配的机制?

5.中微子质量的正确理论是什么?

6.如何解释例如希格斯质量和宇宙学常数的微调?

7.四种力量和物质是如何统一的?

8.时空的小尺度结构是什么?

9.时空的大尺度结构是什么?

10.如何解释宇宙的存在?

但是,如果我们能解决一些关键问题,所有其他问题都会迎刃而解,而这关键问题之一就是重子产生。

 二、正物质和反物质

那么,我们从重子产生的问题开始,然后回到全面总结,形成最终理论。

在现代粒子物理学标准模型理论中,重子是指由三个夸克组成的复合粒子。所以重子不是基本粒子。最常见的重子有组成日常物质原子核质子中子。规定重子的重子数为 +1,反重子的重子数为 -1,其它粒子如轻子介子规范玻色子的重子数为 0。

在G弦理论中,一个G弦G(r,h,b),r表示红色位,h表示黄色位,b表示蓝色位,用A,V在三个色位的出现表述。A带1/3e电荷,称之为角子,V带零电荷称之为空子。标准模型的8个基本粒子可以表示为:

String 1 =(V,A,A1)= {第一,红,2 / 3,½ħ} =红上夸克。

String 2 =(A,V,A1)= {第一,黄,2 / 3,½ħ} =黄上夸克。

String 3 =(A,A,V 1)= {第一,蓝,2 / 3,½ħ} =蓝夸克。

String 4 =(A,V,V 1)= {第一,红,1 / 3,½ħ} =红反下夸克。

String 5 =(V,A,V 1)= {第一,黄,1 / 3,½ħ} =黄反下夸克。

String 6 =(V,V,A1)= {第一,蓝,1 / 3,½ħ} =蓝色反下夸克。

String 7 =(A,A,A1)= {第一,无色,1 E,½ħ} =正电子。

String 8 =(V、V、V 1)= {第一,无色,0 E,½ħ} =正电子中微子。

显然,这八个G弦还无法产生质子和中子。即,自然需要相反的G弦。而将以上G弦取负号,即下面就是8个反G弦。

String 9 = –(V,A,A1)= {第一,红,2 / 3,½ħ} =红色反上夸克。

String 10 = –(A,V,A1)= {第一,黄,2 / 3,½ħ} =黄色反上夸克。

String 11 = –(A,A,V 1)= {第一,蓝,2 /3,½ħ} =蓝色反上夸克。

String 12 = –(A,V,V 1)= {第一,红,1 / 3,½ħ} =红下夸克。

String 13 = –(V,A,V 1)= {第一,黄,1 / 3,½ħ} =黄色下夸克。

String 14 = –(V,V,A1)= {第一,蓝,1 / 3,½ħ} =蓝下夸克。

String 15 = –(A,A,A1)= {第一,无色,1 E,½ħ} =电子。

String 16 = –(V、V、V 1)= {第一,无色,0 E,½ħ} =电子中微子。

G弦中的第一表示它们是第一代的基本粒子。G弦理论可以用A,V在三个色位上可以产生8个可区分的同类型的G弦。一代有正和负共16个G弦。有两点要说明:

1、G弦正负似乎是完全的“镜”像对称。这是在构建物质世界的重子过程中需要有正的G弦和负的反G弦。正物质和反物质未必完全的对称,也就是说,反物质是正物质必要的合作伙伴,同时并存于现实物理世界。如,有无数的夸克和反夸克在质子中同时并存。物质和反物质在这个G弦表达中相互纠缠。

2、为了形成一个质子那样的复合粒子–重子,我们需要“16”个G弦粒子为“一代”。如果还存在第二代重子物质,也就是说,第二代的G弦也必须产生“16”个G弦(也含物质/反物质)。同样可以产生第三代16个G弦。表面上看,如果有需要,还可以产生第四代,第五代。但是,G弦理论只容许一共3代16×3=48个G弦存在。因此,Neff= 48 / 16 = 3。

三、基本粒子的三位一体、三代分层

    今天,理论物理学中有一个重要问题。宇宙到底有多少种类的物质粒子,一个类型的粒子到底又有多少不同粒子?虽然目前发现的只有三代的基本粒子。从宇宙学中,科学家观测到氦是宇宙大爆炸中最丰富的核合成元素,因此,它的数量可以较为精确地测量到。所观察到的数据表明,最多可能有四代的基本粒子。从粒子物理学,所能生产的W和Z玻色子数量最多,其衰变的路径可以被观察和衰减率可以很精确地测量到。今天,所观察到的数据几乎排除了第四代粒子的可能性。标准模型SM表述了24个基本粒子及其关系,但并没有提供一个理论框架很好地说明。幸运的是,这些三代夸克的产生是由两个独立的研究予以肯定。为什么有这个三代分层现象呢?

事实上,从我们《物理世界之创造法则》一文定义的时空几何中,由方程0得出可以产生64个子空间。利用方程1从理论上可以推导出只有48的空间可以表现为粒子。所以,基本粒子数共有48个。24个是正粒子,24个是反粒子。因为,GM前夸克模型将空间三等分构成三个席位并赋予这三个席位以红、黄、绿三个位置颜色,用A与V在这三个席位上的出现来表达和区分这8个基本粒子作为第一代基本粒子:2轻子,6个夸克。从而有基本粒子在空间上的三位一体化G弦描述。

前夸克色动力学又将一个时间单元的三等分可以产生三种颜色的三代粒子:6个轻子分为三代,每代2个轻子;18个夸克除以3等于6个一代个夸克,正好分成(1,2,3)三代;24个基本粒子除以3等于8个一代基本粒子,正好分成(1,2,3)三代基本粒子。因此,正好每代8个基本粒子,一共24个正基本粒子。同时,我们必须用同样的方法面对另外24个反粒子。因此,Neff=6/2=18/6=24/8 =48/16=3。

这种在空间和时间的三分方案,用三原色表达,任何一个颜色与另外两个颜色互补,形成颜色周期性互补。这样,只有三代的粒子可以永远存在,这很简单,如(1,2,3),或(1,2,(1,2)),或(1,(1,3),3),或((2,3),2,3),三代周期循环,不多也不少。这种基本粒子在空间上的三分和时间三分并分别用三原色理论描述,体现出GM模型的自然对称美感。同时,三原色理论的互补性、周期性和自恰性保证第四代基本粒子没有存在的空间。

因此,夸克颜色必须是一个理论结果,而不是现象学结果。

四、重子产生,暗物质就在身边

在宇宙的大爆炸起源中,正物质和反物质同时等量产生,并且宇宙处于热平衡状态,那么由CPT定理可知重子数的平均值将保持为零。也就是说宇宙从零中产生,如果保持热平衡状态,宇宙依然总体为零。

重子数是一个相加性量子数。在粒子物理学中,反应前后各粒子的重子数之和等于反应之后各粒子的重子数之和,这就是重子数守恒定律。

重子数守恒定律对于强相互作用弱相互作用电磁相互作用都是成立的,违反重子数守恒定律的反应是严格禁止的。重子数真的是不能消灭的吗?如中子和质子的衰变不可能吗?

但在宇宙的演化过程中,重子数是如何产生的?现在所看到的物理世界,正物质明显占优势,反物质哪里去了,这是粒子物理学和宇宙学至今仍未解决的重大前沿问题。

我们在《物理世界中的暗物质暗能量之谜》一文的计算中指出,反物质还在这个宇宙中,但我们看不见。第二代、第三代基本粒子也存在于这个宇宙中,我们还是看不见。他们构成了今天的暗物质。

谁能告诉我们,暗物质具体藏在什么地方吗?

我们告诉你,暗物质就在我们身边。但是,你肯定还不能相信。

如果把正物质和反物质的定义,再降低一个物理世界的层次看,在夸克的下一层的模型描述中,正如我们的前夸克理论定义的48个G弦中,全部正物质世界就是24个正粒子,反物质就是24个反粒子。如果它们一起构建了我们这个宇宙,并保持平衡,那么正物质和反物质就同时存在于我们的物质世界中。

看看质子和中子的结构:质子和中子是由三个夸克组成的三位一体结构,而夸克又是由A,V组成的空间三位一体结构。因此,质子和中子是一个九宫格结构。如下图: GMProtonNutron
质子结构中包含了一个GM反粒子,中子结构中包含了2个GM反粒子。因此,我们将反粒子定义为反物质,你就知道反物质在哪里了。而质子和中子构成这个物理世界的基本构建要素,这也是构成你我身体物质的基本要素。没错!原来反物质真的就在我们身边,而且就存在于我们的身体里。

那么,第二代、第三代基本粒子存在什么地方呢?

由于GM将时间元素三分产生三代基本粒子,含有实时间和虚时间的时间量子其结构也是一个微小的面包圈。将此面包圈三分产生三代基本粒子,它们同时并存于时空结构中。我们在实时间里看到了第一代基本粒子,但你看不到第二代、第三代基本粒子,因为你不能实现自旋1/2。如果你能实现自旋1/2,那么,保证你能看到第二代、第三代基本粒子。所以,第二代、第三代基本粒子也就在我们身边。

我们可以肯定地说:在前夸克描述中,物理世界仍然将保持电荷不变性,CP不变性,以及CPT不变性,但是以另外的方式表述。

五、理论检验法则

现在纯理论的学说可以凭空杜撰出一些貌似科学的概念,用一些简单的“因为,所以”形成一套理论,然后说上一百遍,一千遍,一万遍,然后,一定会有人相信。我们的理论是这样的骗人的把戏吗?

一个理论(TA)有一套前提条件以及预测(PA)和后果(CA),并有一组已知的物理事实作为验证(PF),PF包括,高度认可的经验或已经被实证的现象学理论的支持。

是不是骗人,关键看该理论有无一组已知的物理事实作为验证和支持。

理论法则1:如果一个理论TA,其PA在可预见的将来无法达到,但其CA可以包含PF,那么该TA就被认为是正确的。

有了这个定律,G弦理论可以认为是正确的。而M弦理论呢?如果它可以“复制”的标准模型的基本特征,这就是现象学理论证明。M弦理论可以复制吗?

M弦理论可以“准确”制造48个基本粒子,2×(18夸克+6轻子)吗?如果能预测更多的话,那将是一个额外的奖励,当然也需要更多的事实和现象学理论支持。但是,G弦理论精确地推导出这48个基本粒子。

M弦理论可以推出Neff=3吗?M弦理论允许Neff > 3超对称子系统。而G弦理论精确地推导出一代16个基本粒子,清楚地描述48个基本粒子的三代表述。

让我们把上面问题表述更简单明了。如果M理论可以明确确定一个M弦X = {一代,红色,2 / 3,½ħ)=红上夸克,然后M理论必须是正确的。

我们还应该给M理论的一个机会。现有PF子集{alpha(电子精细结构常数),卡比博角和温伯格角,等},如果M弦理论能从理论上推导出这些PF “常数”,那么它就必须是正确的。

反过来,如果一个理论既没有可证明的预测PA,又没有与之相应的PF验证,那么,这样的理论是一种自话自说的“自由理论”。那就只有等待PF出现的时机,如果,等待了20至80年,以及1000以上,以致10000以上的科学家辛勤努力工作,仍然找不到支持的事实。那么,这个理论就该收场了。我们把这个大概率事情表述成理论法则2.

理论法则2. 一个理论TA,在20年以上的时间里,有大于1000科学家,进行过没有任何物理约束的探索,仍然没有合理的PF,那么,该理论必然是前提条件不合适,或者该TA为错。

这个理论法则的有效性在概率上是有保障的,这也是大数据法则之一。当一个纯理论建构不能与某个众所周知的和被证明的物理事实联系的时候,它就不能有任何现实价值,从而可以不考虑它的正确性。

M弦理论,在推出45年后,成千上万的科学家的自由漫游和没有任何物理约束的探索,物理界还是没有获得更多的事实来支持。如此大的努力,仍然未发现隐藏的PF,因此,M弦理论要成功的概率是非常小的。因此,理论法则2指出,M弦理论要不是前提条件不合适的话,或者根本就是错的。

理论法则3.如果所有已知的PF集合,能被TA1所包含,而 TA2的解释无法覆盖所有相同的PF(或只是包含了一部分),那么TA1 是真,TA2是假。

在我们的系列文章中,我们已经表明,G弦理论能够解释所有已知的PF。

然而,M理论不可能通过3个理论法则的“测试”,是一个缺乏可检验的预测和没有事实支持的自由理论。虽然它看起来还不错,那也只能是人类受自然限制的能力所犯的“愚蠢”错误,无关乎物理世界之自然的伟大。

而G弦理论是一个公理系统。在它的公理基础的前提条件可以不包含已知的物理,无论是理论物理,如量子原理或是广义相对论,也没有任何实验数据需要,只要选取合适的参数,如3,8,24,48,64,Pi等。然而, G弦理论可以预测产生的直接后果:如标准模型粒子族,普朗克的暗物质和暗能量的数据,标准模型常数之间的精准的神秘关系。该理论不仅自圆其说,其结果与实验测得的数据的比对和匹配的程度高度一致。其实该理论也不是凭空假想,而是有着深厚的物理学、数学功底和哲学高度的思维,的确是在求解复杂薛定谔方程的过程中,引入虚时间等慨念而获得思维的突破。而且,30年来的不断努力,才有今天的GM模型。

因此,根据理论法则1-3,我们相信这一理论是正确的,是站得住脚的,是经得起考验和挑战的。

六、一个十重门的检验.

一个理论是否成立,除了用以上理论法则外,还有一个奥卡姆剃刀检验原则,看它与现有事实有多少矛盾的地方。我们建立的GM就如同万能钥匙能够通过十重紧锁着的大门,可以达到物理世界自然美的“秘密”宝库。

1重紧锁门:48个物质粒子的标准模型已经建立,但现在没有完美的理论基础进行阐述。这个是在第一重紧锁着的门后面的秘密。

芝麻开门1:本文第一第二部分说明了,G弦是标准模型粒子最佳描述和说明。参见:

http://prebabel.blogspot.com/2013/06/g-string-final-nail-seals-higgs-coffin.html)。

2重紧锁门:有许多的耦合常数,如alphaα,Neff=3和一些自由参数,如卡比博角和温伯格角。没有理论基础能够计算出来。这些是在二重门的背后秘密。

芝麻开门2:对于Cabibbo角计算,温伯格角,精细结构常数α,我们已经表述过三遍了。如果还想更详细了解,参见:

http://prebabel.blogspot.com/2012/03/lhc-and-knowledge-based-phyiscs.html

3重紧锁门:暗物质/可见物质的比= 5.3526,是观测的结果。其必然性的理论计算基础是什么?这是第三重门背后的一个秘密。

芝麻开门3:我们已经表述为《物理世界中的暗物质暗能量之谜》,如果你感觉不过瘾,参见:

http://prebabel.blogspot.com/2013/08/dark-matter-mystery-no-more-part-2.html)”。

 

4重紧锁门:量子原理和相对论是不相容的。如何才能兼容?这个问题还包括引力的统一。这个秘密是在第四重锁着的门后面。

芝麻开门4:我们已经表述为《物理世界之引力产生》,或参见:

http://prebabel.blogspot.com/2012/09/quantum-algebra-and-axiomatic-physics.html)”。

 

5重紧锁门:“电荷”的理论基础是什么?质量的理论基础是什么?(电荷,质量相互作用等等)?这个是第五重紧锁着的门后面的秘密。

芝麻开门5:我们已经表述为《物理世界之引力产生》,不够清楚的或可参见:

http://prebabel.blogspot.com/2012/04/axiomatic-physics-final-physics.html)”。

 

6重紧锁门:宇宙正在加速膨胀。是什么力驱动宇宙加速膨胀。这是第六重紧锁着的门背后的秘密。

芝麻开门6:我们已经表述为《 物理世界之引力产生》,空间量子化与时间量子化,以及统一力驱动,或参见:

http://prebabel.blogspot.com/2012/05/acceleration-of-expanding-universe.html)”。

 

7重紧锁门:中微子振荡。如何获得能量?这是第七重紧锁着的门背后的秘密。

芝麻开门7:参见:

http://prebabel.blogspot.com/2011/10/neutrino-oscillation-mystery-no-more.html)”。

 

8重紧锁门:自然有三个部分:物质世界(地球、太阳、星系等,不包括生命),生命系统、数学系统,这三个部分有三个分开的规律,或者它们是一组统一的规律?注:生命系统至少有2个不同的特点:一、生命过程(繁殖和新陈代谢)需要一个计算装置。二、个性与不可分割性。这两者是物理学定律所产生的吗?或者是生命如何诞生和发展?这些是是第八重紧锁着的门后面的秘密。

芝麻开门8:我们已经表述为《物理世界产生生命》《物理世界产生智能和意识》,不够清楚的或可参见:

https://tienzengong.wordpress.com/2013/09/02/key-mission-of-life/

https://tienzengong.wordpress.com/2013/09/02/is-the-modeler-the-model)。

9重紧锁门:什么是时间和空间?他们是如何产生的?为何出现ħ(普朗克常数)?这是同样的问题。这是第九重紧锁着的门后的秘密。

芝麻开门9:我们已经表述为《物理世界之创造法则》,不够清楚的或可参见:

http://prebabel.blogspot.com/2012/04/origin-of-time-breaking-of-perfect.html

http://prebabel.blogspot.com/2012/04/origin-of-spatial-dimensions-and.html)。

10重紧锁门:TOE主密钥测试。主钥匙是以上九门的钥匙,还是以上九重门有完全不同的钥匙?如果主钥匙不是万能钥匙,这第十重紧锁的门就不能打开了。

芝麻开门10:这是一个完整的理论体系,是一把打开以上十重门的万能钥匙。下一篇文章介绍这个TOE

 

 

参考文献:

1Jeh-Tween Gong,  Super Unified Theory , US copyright TX 1–323–231,  1984
2. Tienzen (Jeh-Tween) Gong,Truth, Faith, and Life , Adams Press, Chicago. 1990, ISBN 0-916713-04-0

3. Tienzen (Jeh-Tween) Gong, The Divine Constitution, Adams Press, Chicago. 1991, ISBN 0-916713-05-9

4.http://prebabel.blogspot.com/2013/06/g-string-final-nail-seals-higgs-coffin.html 

5http://blog.vixra.org/2013/11/26/fundamental-physics-2013-what-is-the-big-picture/

6.http://prebabel.blogspot.com/2012/03/lhc-and-knowledge-based-phyiscs.html

7.http://prebabel.blogspot.com/2013/08/dark-matter-mystery-no-more-part-2.html

8.http://prebabel.blogspot.com/2012/09/quantum-algebra-and-axiomatic-physics.html

9.http://prebabel.blogspot.com/2012/04/axiomatic-physics-final-physics.html

10.http://prebabel.blogspot.com/2012/05/acceleration-of-expanding-universe.html

11.http://prebabel.blogspot.com/2011/10/neutrino-oscillation-mystery-no-more.html

12. https://tienzengong.wordpress.com/2013/09/02/key-mission-of-life/

13.https://tienzengong.wordpress.com/2013/09/02/is-the-modeler-the-model
14.http://prebabel.blogspot.com/2012/04/origin-of-time-breaking-of-perfect.html

15.http://prebabel.blogspot.com/2012/04/origin-of-spatial-dimensions-and.htm

 

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