天文在线|理论物理学中最大的未解之谜:为什么引力如此微弱基本粒子和力的标准模型目前已经快要达

基本粒子和力的标准模型目前已经快要达到我们所想象的“完成”状态。每种不同形式的基本粒子，都是在实验室里被创造出来，并在测量后被确定性质。最后的顽固分子——顶夸克和反夸克，微中子和反中微子，以及希格斯玻色子，也都落入了我们的探测陷阱。
特别是最后的希格斯粒子，解决了物理学中一个长期存在的问题：现在，我们可以自信地解释这些基本粒子的静止质量从何而来!

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图片来源:E.Siegel ，摘自他的新书《银河系之外》。
这确实很棒，但这并不意味着我们完成谜题的一部分后科学就此结束。相反，这还有一些重要的后续问题。比如我们总是在问， “接下来会发生什么?”但当说到标准模型时，我们却还没将它完全搞清楚。对于大多数物理学家来说有一件事特别重要，为了找到它，希望先思考一下标准模型的下列性质。

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图片来源:NSF,DOE,LBNL ，和当代物理教育项目(CPEP) 。
一方面，弱力、电磁力和强力都是相当重要的，这取决于相互作用的能量和距离。
但万有引力呢?并非如此。
如果你曾有机会读过LisaRandall写的一本精彩的书，会发现其中有很多内容都是关于这个难题，而这个难题我认为是理论物理学中最大的未解决的问题，即级列问题。

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图片来源:维基百科共用用户Zhitelew ，粒子质量的标准模型粒子。
我们所能做的是取任意两个基本粒子，其具有任意质量和任意相互作用力，然后发现引力实际上比宇宙中其他已知的力弱40个数量级。这意味着引力比其他三种力弱10的40次方倍。例如，即使它们不是基本粒子，如果你把两个质子放在一公尺远的地方，它们之间的电磁斥力大约是万有引力的10^40倍。或者，在这我把它写出来一次，我们需要把重力的强度增加10000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 ，以便使它的强度可以与其他已知的力相比较。
你不能让一个质子的重量是正常情况下的10^20倍，这将使引力把两个质子聚集在一起，从而克服了电磁力。

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图片来源:维基共享用户Wereon的公共领域作品。
相反，如果你想让上面的反应自发进行，让质子克服它们的电磁排斥，你需要10^56个质子。只有通过收集这么多的粒子，在它们共同的引力作用下，你才能克服电磁力把这些粒子聚集在一起。事实证明， 10的56次方质子大约是一颗完整恒星的最小质量。
这是对宇宙运行方式的描述，但我们不明白其原因。为什么引力比其他力弱这么多?为什么是“引力电荷”(质量)比电荷或彩色电荷弱得多，甚至比弱电荷弱得多?
这就是级列问题，这个问题在很多方面都是物理学中最大的未解之谜。我们不知道答案，但我们也不是完全一无所知。从理论上讲，我们有一些关于解决办法的好主意，并且有一个工具来帮助我们调查这些可能性是否正确。

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图片来源:MaximilienBrice(CERN) 。
迄今为止，大型强子对撞机——有史以来开发的能量最高的粒子对撞机，在地球上的实验室条件下已经达到了前所未有的能量，收集了大量的数据，精确地重建了在碰撞点发生的事情。这包括创造从未见过的新粒子(如大型强子对撞机发现的希格斯介子) ，以及我们熟悉的老式标准模型粒子(夸克、轻子和规范玻色子) ，如果它们存在，它可以产生任何可能存在于标准模型之外的粒子。