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《三體》中的水滴,竟早已被中國科學(xué)家制造出來!

末日戰(zhàn)役的慘烈還歷歷在目,太陽系就在二維化中化為了灰燼,公元時(shí)代的角落里,埋藏著人類翻盤的契機(jī)。這一次,我們將制作出水滴。

消滅三體暴政,世界屬于人類!


人類水滴計(jì)劃

作者:王正文

01.先知

公元2019,危機(jī)紀(jì)年第3年,三體艦隊(duì)距太陽系4.21光年

我叫王正文,出生于公元1996年的黃金時(shí)代。這段從上世紀(jì)八十年代開始到危機(jī)出現(xiàn)結(jié)束的美好時(shí)光,在后世被人們不斷的反芻、品味:那神話般的和平、繁榮和幸福,世外桃源般的無憂無慮,總能令戰(zhàn)爭陰云籠罩下的人們產(chǎn)生無限的神往和遐想。

危機(jī)爆發(fā)的那年,我正離開學(xué)校,孤身一人進(jìn)入社會(huì),投身于熱火朝天的社會(huì)主義建設(shè)。旋即,危機(jī)降臨,在最初的掙扎和彷徨之后,開始認(rèn)真思考人類的未來和出路。

插畫 Neo Feng

在人類的文明史上,做先知從來不是一件容易的事:孔子周游列國,蘇格拉底為雅典人所不容,柏拉圖周游列國,耶穌為猶太人所不容。世人永遠(yuǎn)不會(huì)珍惜、聽從先知的言語,直到厄運(yùn)降臨,血流成河。但人類歷史上也從不缺乏先知,他們抱負(fù)著天命,在預(yù)言中映射出未來,以警醒世人,躲過地獄般的末日。

這場(chǎng)災(zāi)變并非沒有前兆。公元2006年,一部名為《三體》的作品開始在《科幻世界》上連載。往后的日子里,《三體》越來越火,直至家喻戶曉。其中預(yù)言了4光年外三體人對(duì)地球的殘酷入侵,也預(yù)言了人類文明發(fā)展的方方面面。

在黃金時(shí)代的尾聲中,人類已經(jīng)逐漸顯露出書中所預(yù)言的頹勢(shì):娛樂至死的時(shí)代,愈演愈烈的白左,無處不在的圣母和醉生夢(mèng)死的年輕人,似乎都在印證著書中的預(yù)言。

在先知的記載中,三體人用智子鎖死了人類的基礎(chǔ)科學(xué),人類被三體所擊敗,整個(gè)太陽系最后在二維化中化為灰燼。而三體人的小小探測(cè)器——水滴,就令地球人束手無策,擊毀了人類的整個(gè)艦隊(duì)。人類精英們費(fèi)盡九牛二虎之力,無非是在暗地里策劃著逃亡,終究不能躲過覆滅的命運(yùn)。

唯有命運(yùn)可以改變命運(yùn),唯有水滴方能克制水滴,我,將接過先知手中的旗幟,帶領(lǐng)人類造出水滴,贏得和三體之間的戰(zhàn)爭。

02.水滴

公元2221年,危機(jī)紀(jì)年第205年,三體艦隊(duì)距太陽系2.10光年

危機(jī)紀(jì)年第205年,三體艦隊(duì)派出的探測(cè)器——“水滴”,先行抵達(dá)太陽系。此時(shí)的人類,經(jīng)歷了大低谷,正迎來第二次文藝復(fù)興。給歲月以文明,而不是給文明以歲月。這是一個(gè)比黃金時(shí)代更加美好的時(shí)代,人們仿佛生活在永恒的和平與繁榮當(dāng)中,他們發(fā)自內(nèi)心的相信,在2000艘能達(dá)到15%光速的恒星級(jí)戰(zhàn)艦面前,三體艦隊(duì)是如此微不足道。

三體人派來了“和平使者”——水滴,它的表面無比光滑,晶瑩剔透,倒映出燦爛的星河。它精致而唯美,好似一滴圣母的眼淚。此時(shí)此刻,人類艦隊(duì)的2000艘恒星級(jí)戰(zhàn)艦,正排著莊嚴(yán)雄偉的隊(duì)形,迎接這和平的使者,仿佛人類張開的臂膀,宣示著地球文明的強(qiáng)大和尊嚴(yán)。人們仰望著這龐大的艦隊(duì)——地球文明永不落下的旗幟,每個(gè)人的內(nèi)心都充滿著驕傲和狂喜,發(fā)自內(nèi)心的為自己是人類的一份子而感到自豪。

只有丁儀不這樣認(rèn)為。這位公元時(shí)代的時(shí)代的頂級(jí)物理學(xué)家,從冬眠中蘇醒后就回到了北京大學(xué)任教,此時(shí)被任命為第一個(gè)接觸水滴的人類。智子作用下人類基礎(chǔ)科學(xué)的停滯,水滴那匪夷所思的外形,無不令他感到深深的不安。

在人們興奮的注視中,老物理學(xué)家膽戰(zhàn)心驚的走向水滴,走向巨大的未知。隔著手套,丁儀將手伸向水滴?!肮饣?,絕對(duì)的光滑”,這是唯一的觸感。隨后,人們看到,即使在一千萬倍的電子顯微鏡下,水滴的表明依然是絕對(duì)的光滑。

“真是一件偉大的藝術(shù)品!”在人們的贊嘆聲中,丁儀摸來一把地質(zhì)錘,高高舉起,錘向這來自三體的藝術(shù)品。短短一秒鐘,對(duì)于丁儀卻像一個(gè)世紀(jì)那么長,他等待著命運(yùn)的審判。旁人來不及震驚,地質(zhì)錘重重敲擊了這美麗的藝術(shù)品、圣母的眼淚。

“傻孩子們,快跑??!”

這是最后的話語,老物理學(xué)家在水滴發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的高溫中瞬間汽化。無堅(jiān)不摧的“藝術(shù)品”極速撞擊著地球戰(zhàn)艦,以最原始的作戰(zhàn)方式摧毀掉人類任何的抵抗。艦隊(duì)一艘艘的被水滴擊穿,在黑暗無邊的太空中上演了一場(chǎng)前所未有的煙花爆竹,宣告著人類的謝幕。人類伸出的擁抱和平使者的雙臂,就這樣凋零,甚至來不及擁抱自己。

回顧末日戰(zhàn)役,人類因傲慢無知而犯下滔天大禍,而被智子鎖死的基礎(chǔ)物理學(xué)似乎早已書寫了命運(yùn)。這場(chǎng)戰(zhàn)爭中,并不缺乏清醒的人類精英,他們思維縝密,行事果斷,殘酷無情,但能爭取的最好結(jié)果,也只能是駕駛戰(zhàn)艦逃離,為人類文明保存最后的火種。

可誰又能想到,被鎖死的基礎(chǔ)物理學(xué),已經(jīng)足以讓人類制造出水滴,改變命運(yùn)。

03.啟示

公元2003年,危機(jī)前14年,三體艦隊(duì)建造中

在《三體》問世的初期,地球人進(jìn)行了很多的討論,如何才能建造出水滴,之后討論的聲音便漸漸變?nèi)?,直至沒有?,F(xiàn)有物理學(xué)框架下無法建造水滴,早已成為人類的共識(shí)。

如果可以從上帝視角回望歷史,人們一定會(huì)驚訝,早在2003年,水滴的圖紙已然降臨人間。如果末日戰(zhàn)役中出逃的銀河系人類帶著公元時(shí)期的數(shù)據(jù)庫,當(dāng)他們的科技發(fā)展到足以建造水滴之時(shí),回首地球往事,一定會(huì)捶胸頓足:水滴的方案在不起眼的角落里一閃而過,之后便無人問津,人類失去了僅有的一次機(jī)會(huì)。

這一次,我讀到了《三體》,讀到了先知的預(yù)言。我將在人類現(xiàn)有的物理學(xué)框架下設(shè)計(jì)出水滴,將圖紙公之于眾,這將會(huì)是人類打敗三體的唯一機(jī)會(huì)。

眾所周知,在我們的基礎(chǔ)物理學(xué)中,世界猶如一座積木城堡,萬物由所謂的基本粒子搭建而成,而四種相互作用黏合著它們。如果你對(duì)此感到陌生,請(qǐng)參考我的這篇文章。我們,將用這些粒子搭建出水滴。

水滴的無堅(jiān)不摧決定了只能由強(qiáng)相互作用物質(zhì)構(gòu)成,我們需要得到宏觀大小的大原子核。地球上的原子核稍大一些就不穩(wěn)定,比如鈾原子核已經(jīng)具有放射性。可能存在的“大原子核”鮮有人知:類似于原子核由質(zhì)子中子構(gòu)成,大原子核由奇子(Strangeon)構(gòu)成。奇子,則由等量的uds夸克構(gòu)成(比如uuddss共六個(gè)夸克)——類似于質(zhì)子(uud)和中子(udd)。強(qiáng)作用的強(qiáng)度決定了奇子物質(zhì)做外殼的水滴無堅(jiān)不摧,無比光滑;數(shù)密度極高的電子能夠完全反光。再采用奇子物質(zhì)存儲(chǔ)能源,γ射線作無工質(zhì)驅(qū)動(dòng)(γ射線能夠穿過奇子物質(zhì)),我們得到了人類版本的水滴。2003年,北京大學(xué)的一位教授首次提出奇子猜想,之后的種種計(jì)算和觀測(cè),也都符合得很好。水滴的圖紙,早已蘊(yùn)含于當(dāng)代物理學(xué)中。

奇子物質(zhì)示意圖:(等量uds夸克束縛于奇子當(dāng)中,進(jìn)而構(gòu)成宏觀物質(zhì))

注意夸克顏色

先知的啟示仿佛流星劃過,水滴的方案依稀誕生于2003年起的一系列科研文章當(dāng)中,等待著人們的讀取。這一次,我們將擁有自己的水滴,改寫命運(yùn)。


高能預(yù)警:以下長篇基礎(chǔ)物理學(xué)論證,為避免嚴(yán)重?fù)p傷閱讀體驗(yàn),請(qǐng)直接跳到04部分。如想跳坑,強(qiáng)烈建議閱讀我的這篇文章,更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C在附錄。

此圖很重要,注意各個(gè)夸克的質(zhì)量和電荷數(shù)

水滴,擁有無堅(jiān)不摧的外殼,只能是由四種相互作用中最強(qiáng)的強(qiáng)相互作用材料制成。然而地球上的強(qiáng)相互作用體系——原子核,大了之后就無法穩(wěn)定存在——鈾235這樣的塊頭,就已經(jīng)會(huì)自發(fā)裂變成更小的原子核了。

大原子核的不穩(wěn)定,和強(qiáng)相互作用的諸多特性有關(guān)。眾所周知,原子核由質(zhì)子中子構(gòu)成,強(qiáng)相互作用將它們緊緊黏合在一起。但強(qiáng)作用的力程很短,只有一個(gè)核子(質(zhì)子中子的統(tǒng)稱)直徑的樣子,也就是說原子核中核子只能感受到相鄰核子的強(qiáng)力,遠(yuǎn)處的則無濟(jì)于事。

但帶正電的質(zhì)子間的靜電排斥力卻是長程的,隨著原子核中質(zhì)子數(shù)增加,每個(gè)質(zhì)子感受到的靜電排斥越來越強(qiáng)。所以越大的原子核中,中子比例越高。不帶電的中子猶如黏合劑一般,將因電磁作用而互相排斥的質(zhì)子黏合在一起。

圖:橫軸中子數(shù),縱軸質(zhì)子數(shù),原子核越大,穩(wěn)定點(diǎn)越偏向橫軸

按照上面的邏輯,大原子核只要全部由中子構(gòu)成就行了。但遺憾的是,原子核存在一種神奇的性質(zhì)——對(duì)稱能——總是傾向于質(zhì)子中子數(shù)相等,否則能量就會(huì)升高。因而全中子的原子核能量是很高的,隨時(shí)會(huì)分裂。隨著原子核越來越大,中子占比逐漸提高,小心翼翼的在質(zhì)子的靜電排斥和中子太多帶來的對(duì)稱能問題上找到平衡點(diǎn)。但這種平衡終究無法維系,大原子核的能量總是太高,無法保持穩(wěn)定。

以上就是大原子核不穩(wěn)定的原因,靜電排斥和對(duì)稱能則是阻礙大原子核存在的核心因素。在遙遠(yuǎn)的年代,人類尚不知道夸克,將對(duì)稱能歸結(jié)于質(zhì)子中子的費(fèi)米能——兩個(gè)同種費(fèi)米子無法處于相同的量子態(tài),一些粒子不得不排到能量更高的態(tài)。猶如兩個(gè)水桶,將總量一定的水倒入,各占一半時(shí)水面最低。但后來的實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)稱能不僅僅是費(fèi)米能所致,質(zhì)子中子有一種固有的屬性要保持?jǐn)?shù)量均衡。對(duì)稱能的秘密至今仍是一個(gè)沒有完全解開的謎團(tuán)。

后來我們知道,核子都由夸克組成,質(zhì)子為uud,中子則是udd,u、d夸克和電子竟組成了所有的原子,自然界存在的6種夸克,萬物卻僅僅由其中兩種構(gòu)成?;仡檶?duì)稱能,從夸克的層次看,則是一種u、d夸克數(shù)量傾向于保持對(duì)稱的性質(zhì)。余下的幾種夸克,c、t、b質(zhì)量太大注定衰變,s夸克質(zhì)量雖遠(yuǎn)大于u和d,但小于核物質(zhì)密度下的費(fèi)米能,因而是可以在核物質(zhì)中大量存在的!

1984年,被譽(yù)為當(dāng)代愛因斯坦的Edward Witten猜想:存在由自由的等量的uds夸克組成的物質(zhì)。bingo!uds夸克所帶電荷加起來正好為零,不再存在靜電排斥的問題,而等量的三種夸克,對(duì)稱程度甚至高于等量質(zhì)子中子(本質(zhì)上是等量ud)。而且,由于s夸克質(zhì)量太大,平衡狀態(tài)下數(shù)量會(huì)略少于u和d,導(dǎo)致體系中存在微量電子(想不通的請(qǐng)看附錄),但這些電子數(shù)密度很大,足以在光照下呈現(xiàn)百分之百的反射率!

遺憾的是,自由夸克組成的體系,表面并非堅(jiān)硬,甚至無法自我維系,必須存在于如中子星中央的高壓下,否則會(huì)很快蒸發(fā)殆盡。而強(qiáng)相互作用的強(qiáng)度,似乎也不允許零溫下自由夸克體系存在——夸克必須禁閉于核子當(dāng)中,因?yàn)閺?qiáng)力很強(qiáng)。

但Witten的思路是有一定合理性的;類似于原子核,等量的uds夸克也能夠構(gòu)成宏觀的強(qiáng)相互作用物質(zhì),只需把夸克像核子(質(zhì)子中子的統(tǒng)稱)那樣禁閉即可。2003年,北京大學(xué)的一位教授首次意識(shí)到了這種物態(tài)的存在——由等量uds夸克構(gòu)成這種特殊的“核子”,“核子”進(jìn)而構(gòu)成物質(zhì)。這樣的“核子”(構(gòu)成原子核的粒子被稱為核子,已知的是質(zhì)子中子)后來(2016年)被命名為奇子(Strangeon),因?yàn)槠浜衧(即strange)夸克——在人類尚不知道夸克的年代,用奇異數(shù)這個(gè)量子數(shù)來表征含有s夸克的粒子的奇特行為。

一堆奇子構(gòu)成的奇子物質(zhì),依賴強(qiáng)相互作用,能夠自我束縛維持穩(wěn)定,且顆??梢孕≈廖⒂^尺度,是打造水滴外殼的完美材料。強(qiáng)相互作用的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電磁作用,強(qiáng)力將奇子們緊緊拉在一起,奇子物質(zhì)的堅(jiān)硬程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電磁力維系的日常物質(zhì),甚至在太陽中心也能毫發(fā)無損!

由于s夸克的質(zhì)量更大,奇子物質(zhì)中的s夸克數(shù)目會(huì)略微少于u、d夸克,并且產(chǎn)生數(shù)密度極高的電子,使得其幾乎達(dá)到100%的反光率。同時(shí),巨大的強(qiáng)相互作用將夸克緊緊束縛在奇子當(dāng)中,奇子物質(zhì)表面的粗糙程度也就一個(gè)核子大小,即使在電子顯微鏡下也是完全的光滑。人類版本水滴已然降世!

依照牛頓第三定律,驅(qū)動(dòng)水滴需要拋出動(dòng)量,發(fā)射光子的無工質(zhì)驅(qū)動(dòng)毫無疑問是最佳的,γ波段的光子可以輕松穿過光學(xué)波段全反射的奇子物質(zhì),能源攜帶方式則毫無疑問是反物質(zhì)。為了提高能量體積比,我們選用反物質(zhì)狀態(tài)的奇子物質(zhì)——由正電子和反uds夸克構(gòu)成。正反奇子湮滅所發(fā)出的γ光子,可以輕易的穿過外殼。


04.命運(yùn)

公元2420年,危機(jī)紀(jì)年第415年,三體艦隊(duì)距太陽0.0005光年

被智子鎖死的基礎(chǔ)物理學(xué)下,人類依然制造了水滴材料。原理不同,人類水滴比三體水滴更重更硬。

在三體水滴到達(dá)太陽系的年代,人類已經(jīng)能少量生產(chǎn)奇子物質(zhì),建造的少量水滴嚴(yán)陣以待,守護(hù)著各大行星基地,隨時(shí)準(zhǔn)備和三體水滴同歸于盡。在這中情況下,三體水滴不過是一次性炮彈,無法侵犯各大行星,只能用作騷擾,去干擾各種太空艦艇的航路,等待三體艦隊(duì)到達(dá)。

隨后,隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,環(huán)日加速器建立,人類具有了大批量生產(chǎn)正反奇子物質(zhì)的能力,不僅建造出大量水滴,恒星級(jí)戰(zhàn)艦表面也得以做到奇子物質(zhì)全覆蓋。而從恒星級(jí)戰(zhàn)艦發(fā)射出的制導(dǎo)水滴,依賴于戰(zhàn)艦巨大的功率,發(fā)射之時(shí)便獲得極高的速度,足以追上更加輕便的三體水滴。

歷經(jīng)400多年的跋涉,三體艦隊(duì)終于快要到達(dá)海王星軌道,人類艦隊(duì)和水滴編隊(duì)嚴(yán)陣以待,迎擊敵人??恐戎?,這一次,他們將改變命運(yùn)!

2478年,流浪地球

太陽發(fā)生氦閃,人類決定舉球流浪,在地表建立了一萬多座行星發(fā)動(dòng)機(jī)。這一次,每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)下面都連著一根奇子物質(zhì)做成的棍子,插入地心深處,固定在地球內(nèi)核之中,不僅避免了巨大的推力引發(fā)地殼板塊運(yùn)動(dòng)帶來的災(zāi)難,甚至更好的固定了板塊防止了剎車轉(zhuǎn)向等引發(fā)的慣性漂移。

而行星發(fā)動(dòng)機(jī)的聚變核心,需要承受極高的溫度和壓強(qiáng),奇子物質(zhì)也是不二之選。這次流浪,人類將有驚無險(xiǎn)。

附錄:水滴圖紙和詳細(xì)參數(shù)

故事尚未結(jié)束,擊敗了三體艦隊(duì)之后,我們必須反攻三體,徹底摧毀他們,才能解除智子對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)的封鎖!毫無疑問,這是一場(chǎng)更加艱苦的遠(yuǎn)征,而勝敗的關(guān)鍵,在于水滴材料——奇子物質(zhì)。這種事情可馬虎不得,就讓我們更加詳細(xì)的考察一下這種物質(zhì)。

世界的尺度和面貌由相互作用所塑造,引力最弱,引力束縛下的體系最松散,最大。電磁力較強(qiáng),電子被束縛于原子核旁邊。強(qiáng)相互作用則把夸克緊緊束縛于核子當(dāng)中,而夸克間剩余的強(qiáng)相互作用,又將核子束縛于原子核的尺度當(dāng)中。微觀粒子受不確定性原理的支配,束縛越緊,位置不確定度越低,動(dòng)量不確定度越大——因此需要越強(qiáng)的束縛。好比一匹烈馬,更強(qiáng)有力的繩子才能將其拉得越近。

強(qiáng)相互作用的強(qiáng)度決定了,強(qiáng)作用束縛的體系一定是十分緊密的,水滴外殼一定是中子星密度,《三體》中的水滴密度等同普通物質(zhì),在人類現(xiàn)有物理學(xué)框架下是做不到的?!捌帘坞姶抛饔谩?,也得給出一種方案,奇子就是我們最好的方案,但強(qiáng)作用體系一定是緊密的。

水滴的依然是有溫度的,絕對(duì)零度無法達(dá)到是人類物理學(xué)的基本定律。束縛再強(qiáng),粒子也會(huì)跳動(dòng),這是不確定性原理所決定的,即使絕對(duì)零度下它們也會(huì)跳動(dòng)。但奇子物質(zhì)完全反射的特性,將使得它們溫度很低,幾乎是微波背景輻射的溫度。

《三體》中講,中子星表面幾乎絕對(duì)光滑。在人類以往的科幻中,也常?;孟胪庑秋w船能夠攜帶中子星物質(zhì),然后直接扔下來,它將貫穿地球。但人類所謂的中子星是一個(gè)引力約束的體系,靠著巨大的引力,越往里壓強(qiáng)越大,逐漸展現(xiàn)出不同的特性。中子星表面是正常物質(zhì),原子大氣,逐漸往里,隨著壓強(qiáng)增加,原子被壓得越來越緊,電子逐漸進(jìn)入核中。為了降低電子巨大的費(fèi)米能,核中中子含量越來越高,直到越過中子滴線,原子核再也承受不了更多的中子,一些中子開始以游離形態(tài)存在。隨著更加的深入,壓強(qiáng)和密度進(jìn)一步增大,游離中子越來越多,直至幾乎全是中子。由此可見,中子星表面壓強(qiáng)從零開始,是正常物質(zhì),不會(huì)是水滴般光滑。而一小塊中子星更是無稽之談,沒有巨大的引力約束,根本無法實(shí)現(xiàn)中子星物態(tài)。


關(guān)于電子:宇宙中電荷是守恒的,一個(gè)巨大的平衡體系一定幾乎是電中性的,原子核含有質(zhì)子,帶有正電荷,所以需要等量的電子來平衡。奇子自身已經(jīng)達(dá)到電中性,所以沒有核外電子。弱相互作用下存在可逆反應(yīng)(為描述簡便,已忽略輕子數(shù)守恒):

電子 質(zhì)子→中子

方程兩端的化學(xué)勢(shì)保持相等。高密度下,由于電子質(zhì)量遠(yuǎn)小于核子,其費(fèi)米能將會(huì)遠(yuǎn)大于同密度核子,平衡右移,出現(xiàn)所謂的中子化。

奇子物質(zhì)中,s夸克略少于u、d夸克(約10^-5量級(jí)),因此存在同量級(jí)的電子。但奇子物質(zhì)本身密度極高,這些電子的數(shù)密度依然很大,所以能夠完全反光。


人類設(shè)想中的夸克星物態(tài),即由等量的uds自由夸克構(gòu)成的物質(zhì),最初設(shè)想存在于中子星中心的高壓當(dāng)中,那里的密度如此之高,以至于到達(dá)了夸克解禁的能量。但稍加計(jì)算可以發(fā)現(xiàn),一兩倍核物質(zhì)密度下的能標(biāo),很可能不足以解禁夸克。但這樣的能標(biāo)高過s夸克質(zhì)量數(shù)倍,顯然會(huì)激發(fā)出s夸克。

Witten 1984年的構(gòu)想中(Witten, Phy. Rev. D, 30, 272 (1984)),存在裸的夸克物質(zhì),中子星其實(shí)是夸克星,另外宇宙大爆炸之初的QCD相變中產(chǎn)生了大量的夸克物質(zhì),它們存留至今形成人類所謂的暗物質(zhì)。但除了中子星能標(biāo)不足以解禁夸克之外,夸克星的物態(tài)偏軟,極限質(zhì)量偏低,和現(xiàn)有觀測(cè)不符。而宇宙初期產(chǎn)生的夸克物質(zhì),根據(jù)計(jì)算,即使存在,或早已蒸發(fā)殆盡。

能標(biāo)足以激發(fā)出s夸克,又不足以解禁夸克,奇子的猜想油然而生。如果奇子存在,如同Witten猜想一般,也將表現(xiàn)為“中子星”,暗物質(zhì)和宇宙線。同時(shí),這也是人類現(xiàn)有物理學(xué)框架下可能存在的最硬的材料。

“給我一個(gè)支點(diǎn),我要撬動(dòng)地球”,阿基米德這根撬棍一定是用奇子物質(zhì)打造。穩(wěn)定存在的最小奇子物質(zhì)團(tuán)塊,大概在原子大小,所以可以用來打造任何宏觀的形狀。而恒星級(jí)戰(zhàn)艦上,覆蓋薄薄的一層奇子也不會(huì)增加多少重量。在奇子物質(zhì)面前,什么汪淼的納米材料,鉆頭上的金剛石,其硬度都微不足道。連接地月的太空電梯,能夠伸入太陽中心的探頭,這條世界線上的地球工業(yè)一定強(qiáng)大許多。

奇子的首次提出,是在2003年(Xu, ApJ, 596, L59 (2003)),那時(shí)還沒有奇子這個(gè)名字。計(jì)算表明(Wang et al., RAA, 18, 82(2018)),奇子表面(實(shí)際上,大部分電子存在于費(fèi)米海中,并不能激發(fā),只有表面的會(huì)與光子反應(yīng))典型的等離子體震蕩頻率為0.1MeV,所以光學(xué)、X射線全部反射,質(zhì)子-反質(zhì)子湮滅產(chǎn)生的GeV γ光子則能穿透作為水滴外殼的薄層(比如,1000層奇子,已經(jīng)足夠堅(jiān)硬了)。

寫在最后的話

奇子是個(gè)很小眾的猜想,此時(shí)此刻地球上清晰的明白它是什么的人或許頂多只有幾十個(gè),其實(shí)我覺得可能只有十來個(gè)。但大自然中存在何種物態(tài)并不依賴于有多少人認(rèn)為它存在。

在質(zhì)子中子尚且不可再分的時(shí)代,人們得到了中子星的模型——毫無疑問,這在當(dāng)時(shí)是唯一的答案。但后來關(guān)于夸克的深刻認(rèn)知,需要我們重新從夸克尺度來審視“中子星”。我從小學(xué)便知道中子星這三個(gè)字,但從沒有人指出,這個(gè)概念在推算中與觀測(cè)結(jié)果產(chǎn)生過的諸多矛盾(超新星爆發(fā),極限質(zhì)量,超子疑難,譜線問題)。一代又一代有志于星空的人類,自孩提時(shí)代便認(rèn)為中子星是天經(jīng)地義的存在,這是一個(gè)值得深刻思考的問題。

奇子是一個(gè)自然而然的猜想,既然必然有s夸克,又無法解禁,似乎就只剩下這條路可走。而宇宙初期QCD相變產(chǎn)生的奇子,則是極好的暗物質(zhì)候選者,極其穩(wěn)定而電磁作用截面很小。更加漂亮的是,這個(gè)猜想在人類現(xiàn)有物理學(xué)框架下解決了暗物質(zhì)問題,得到一副統(tǒng)一的宇宙圖像。畢竟,我們對(duì)于身邊的物質(zhì)的研究已經(jīng)如此之深,深入到夸克輕子等各種基本粒子,但宇宙中質(zhì)量五六倍于普通物質(zhì)的暗物質(zhì),如果竟然是完全不同的存在,這將是一個(gè)令人難以接受的圖像——人類物理學(xué)達(dá)到的如此深度,居然只能理解宇宙中百分之四的物質(zhì)。

奇子猜想問世以來,經(jīng)受住了很多觀測(cè)的考驗(yàn);最令我們感到充滿信心的是,我們的奇子模型,先驗(yàn)的預(yù)見了一些事情——比如宇宙中存在2倍太陽質(zhì)量的脈沖星——這超過了先前不少模型給出的中子星質(zhì)量極限。如今,觀測(cè)手段日新月異,引力波GW170817及更多“中子星”并合提供的獨(dú)特視角,或能最終給出奇子物質(zhì)存在與否的答案。屆時(shí),制造水滴,不再只存于幻想當(dāng)中!

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