【博科園-科學(xué)科普】很多人抱怨科學(xué)太單一了，自己是“群體思維”的受害者，而那些想出新點(diǎn)子的人通常被貼上“瘋子”的標(biāo)簽。但是正如新穎的想法和理論被重視一樣，創(chuàng)造力并不總是等同于正確的。尤其是物理學(xué)的歷史充斥著智慧、創(chuàng)造性、開箱即用是完全錯誤的思想。從“大爆炸理論”替代“穩(wěn)態(tài)理論，甚至”如“標(biāo)準(zhǔn)模型”替代“Sakata模型”，替代思想對于將實(shí)際的宇宙與預(yù)測和期望進(jìn)行比較是很重要的。
今天觀察到的膨脹宇宙充滿了星系和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，從一個更小、更熱、更密集、更均勻的狀態(tài)產(chǎn)生。《穩(wěn)態(tài)理論》由于大量的觀測證據(jù)而“失寵”（被大爆炸理論所替代），但這些堅(jiān)定的追隨者從未改變過他們的想法，直到他們死的那刻也未曾改變。圖片：C. Faucher-Giguère, A. Lidz, and L. Hernquist, Science 319, 5859 (47)
馬克斯·普朗克(Max Planck)：一個新的科學(xué)真理并不是通過說服對手，讓他們看到光明而取得勝利，而是因?yàn)樗膶κ肿罱K會消亡，而新一代的人則是熟悉它的。這里有5個關(guān)于新物理的絕妙想法，自20世紀(jì)80年代以來一直很受歡迎，至今仍很受歡迎。
TOP1、質(zhì)子衰變
超級神岡的裝滿水的水箱，為質(zhì)子的壽命進(jìn)行了精確的測量。
標(biāo)準(zhǔn)模型將電磁力與弱核力統(tǒng)媒介促使了wz - z玻色子的發(fā)現(xiàn)。如果強(qiáng)大的核力與電弱相結(jié)合會發(fā)生什么？對于第一個偉大的統(tǒng)一理論有許多結(jié)果，其中一個是令人驚訝和引人注目的是一個新的超重玻色子將會存在，它將介導(dǎo)質(zhì)子的衰變。預(yù)期壽命約為10 ^ 30年，實(shí)驗(yàn)收集10 ^ 30個質(zhì)子(水)的形式建立一個探測器周圍，并等待衰變的特征。雖然這個實(shí)驗(yàn)裝置被證明是一個偉大的中微子探測器，但它并沒有看到一個質(zhì)子衰變?，F(xiàn)在科學(xué)家們確定了質(zhì)子壽命大于10 ^ 35年，根據(jù)目前所觀測沒有理由認(rèn)為質(zhì)子會衰變。
TOP2、修正引力
觀察到的曲線(黑點(diǎn))和總正常物質(zhì)(藍(lán)色曲線)以及恒星和氣體的各種成分，這些都有助于星系的旋轉(zhuǎn)曲線。修正的引力和暗物質(zhì)都可以解釋這些旋轉(zhuǎn)曲線。圖片：The Radial Acceleration Relation in Rotationally Supported Galaxies, Stacy McGaugh, Federico Lelli and Jim Schombert, 2016
當(dāng)觀察旋轉(zhuǎn)的星系時很快就會發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的速度與所能看到的物質(zhì)的數(shù)量不匹配。這不僅適用于恒星，也適用于氣體、塵埃、等離子體和黑洞?？梢钥紤]添加一種新的質(zhì)量形式，(暗物質(zhì))為了彌補(bǔ)這個差異，或者可以試著通過修改萬有引力定律。這兩種方法都能給單個星系帶來合理的解釋。
但同時也得到其他一些問題：
1、大規(guī)模的結(jié)構(gòu)形成
2、宇宙微波背景下的波動
3、星系群內(nèi)單個星系的運(yùn)動
4、引力透鏡的數(shù)量和形狀
5、合并星系團(tuán)的引力作用
以sachs - wolfe和整合的sachs - wolfe效應(yīng)，以及暗物質(zhì)與正常物質(zhì)(從單個恒星的運(yùn)動中推斷出的)在不同尺度/大小的星系中所占的比例。當(dāng)添加暗物質(zhì)參數(shù)時都會匹配，但當(dāng)修改引力時能解決一個問題，卻不能解決其他問題，在過去的35年里修改完善引力的導(dǎo)致許多問題的產(chǎn)生，所有這些都不能觀察到的相符。
TOP3、超對稱
標(biāo)準(zhǔn)模型粒子和它們的超對稱粒子。在弦理論中，這種粒子的光譜是統(tǒng)一四種基本力的必然結(jié)果。圖片：Claire David
為什么在普朗克尺度(10^19 GeV)和我們已知的粒子質(zhì)量(峰值 10^2 GeV)之間存在如此大的差異？解決這個問題的一個想法是超對稱，它假定每一個標(biāo)準(zhǔn)模型粒子，都應(yīng)該有一個超級伙伴粒子來保護(hù)這個質(zhì)量。雖然有許多優(yōu)雅的理由支持超對稱性，但事實(shí)是這些粒子應(yīng)該存在于與質(zhì)量最高的標(biāo)準(zhǔn)模型粒子相同的質(zhì)量中。隨著大型強(qiáng)子對撞機(jī)的出現(xiàn)，已經(jīng)確定如果這些粒子存在，會比標(biāo)準(zhǔn)模型粒子重很多倍，以至于它不再能解決質(zhì)量差問題。作為一種解釋這種等級問題的理論，超對稱已經(jīng)完全消失了。
TOP4、顏色
紅色-綠色-藍(lán)色的混合類似于QCD的動力學(xué)，圖片：Wikipedia user Bb3cxv
希格斯粒子給宇宙中的粒子提供了靜止質(zhì)量，但如果沒有希格斯粒子呢？還有另一種得到質(zhì)量的方法嗎？了解另一種機(jī)制來給粒子質(zhì)量，但從理論上講應(yīng)該在沒有看到的電弱尺度上產(chǎn)生了新的物理現(xiàn)象，也不應(yīng)該改變中性電流(某種類型的粒子衰變)。但是關(guān)于希格斯玻色子存在的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，呈現(xiàn)出了“彩色粒子”的概念，然而工作仍在繼續(xù)這個不可信的想法。
TOP5、基于wimp的暗物質(zhì)
對WIMP暗物質(zhì)的確定是相當(dāng)重要的，實(shí)驗(yàn)上的最低的曲線排除了WIMP(弱相互作用大粒子)的橫截面和暗物質(zhì)質(zhì)量。圖片版權(quán)：Xenon-100 Collaboration (2012), arxiv
這是一個真正有爭議的問題，因?yàn)榘滴镔|(zhì)存在的證據(jù)是壓倒性的。它必須以某種方式被創(chuàng)造出來，并且在標(biāo)準(zhǔn)模型上有大量的擴(kuò)展，它們產(chǎn)生的粒子是巨大的，中性的并且不會通過電磁或強(qiáng)大的核力相互作用。在宇宙的某個地方應(yīng)該有一種粒子(或一組粒子)對宇宙中缺失的物質(zhì)——暗物質(zhì)。間接的天體物理學(xué)證據(jù)是壓倒性的。但由于某些原因，絕大多數(shù)直接檢測工作都集中在一個特定狹窄的模型上，在特定質(zhì)量范圍內(nèi)的弱相互作用的大粒子上：約10^2 -10^3 GeV?；赪IMP的暗物質(zhì)的原始能量即所謂的WIMP奇跡，已經(jīng)被證明是不可靠的，在尋找其他形式的暗物質(zhì)的過程中已經(jīng)有很長的一段時間了。
低溫電磁諧振腔被插入到腔室中，就像ADMX所使用的那樣，Axions是一種微弱的暗物質(zhì)。圖片版權(quán)：Axion Dark Matter Experiment (ADMX), LLNL’s flickr
事實(shí)是一個新的科學(xué)理論所能做的最好的事情就是預(yù)測在這個宇宙中所能看到的東西。當(dāng)去尋找它的時候應(yīng)該是答案所在。如果不是或者在某個地方犯了錯又或者應(yīng)該是放棄的理論?？梢孕∫稽c(diǎn)的改變理論參數(shù)的策略，堅(jiān)持認(rèn)為關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是不可能的，實(shí)驗(yàn)可能也是永無止境的，除非有一個新的理由對這些想法產(chǎn)生共鳴，比如新數(shù)據(jù)，新理論或者是之前發(fā)現(xiàn)的錯誤，繼續(xù)在這些地方尋找新的物理學(xué)！
作者：Ethan Siegel（天體物理學(xué)家）
