你有沒(méi)有想過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：我們的世界為什么還能穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)?shù)卮嬖冢?/p>
這個(gè)問(wèn)題聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)玄乎，甚至像是哲學(xué)題，但它其實(shí)是物理學(xué)中最嚴(yán)肅也最“懸”的未解謎題之一。我們每一個(gè)人、桌子、手機(jī)、空氣乃至整個(gè)宇宙中可見(jiàn)的物質(zhì)，幾乎全都建立在一個(gè)看似簡(jiǎn)單的前提上——質(zhì)子不會(huì)衰變。
說(shuō)人話就是：我們賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)沒(méi)有“爛掉”。
聽(tīng)起來(lái)是不是理所當(dāng)然？可在物理學(xué)家眼中，這件事反常得很。
要知道，在自然界里，“衰變”是個(gè)家常便飯的事。原子核衰變、粒子衰變、放射性物質(zhì)衰變……幾乎所有東西都會(huì)變，都會(huì)崩，都逃不過(guò)“老化”的宿命。你家的電器總要壞，宇宙里的粒子也一樣。
可偏偏，這個(gè)叫“質(zhì)子”的家伙，幾乎什么事都沒(méi)有發(fā)生。它活得比老壽星還長(zhǎng)——至少有10 的 34 次方年，也就是一萬(wàn)億乘以一萬(wàn)億年。我們的宇宙才誕生138 億年，相比之下簡(jiǎn)直是小嬰兒。
質(zhì)子憑什么這么“抗造”？難道它真的能永生？如果它某天突然說(shuō)“我不想活了”，我們整個(gè)宇宙會(huì)不會(huì)瞬間崩掉？
一切的開(kāi)端：從質(zhì)子說(shuō)起
我們先從基本概念捋一捋。
初中化學(xué)告訴我們：物質(zhì)由原子組成。原子再往下分，是由原子核和電子組成。原子核又由質(zhì)子和中子組成。而質(zhì)子，是構(gòu)成原子核的核心成員之一。簡(jiǎn)單粗暴地說(shuō)，質(zhì)子是整個(gè)物質(zhì)世界的“基石”。
質(zhì)子電荷為 +1，中子不帶電，電子為 -1。正常情況下，它們是相安無(wú)事的好基友。可如果質(zhì)子哪天突然變心，崩掉了，那原子就會(huì)垮，元素就會(huì)變，整個(gè)物質(zhì)體系都將土崩瓦解。
所以，質(zhì)子能不能保持“情緒穩(wěn)定”，不突然崩掉，就成了整個(gè)宇宙安穩(wěn)運(yùn)行的“底線”。
但科學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)，這事兒其實(shí)很“危險(xiǎn)”。
問(wèn)題在哪？穩(wěn)定得不科學(xué)！
粒子不該這么“長(zhǎng)壽”！
你看，中子單獨(dú)拿出來(lái)，也就能撐個(gè)15分鐘左右，就會(huì)衰變成質(zhì)子、電子和反中微子。但質(zhì)子卻穩(wěn)得像山，幾十年實(shí)驗(yàn)都沒(méi)發(fā)現(xiàn)它有哪怕一點(diǎn)點(diǎn)衰變的跡象。
為啥？
從理論上講，我們有很多粒子物理的“守恒定律”可以解釋，比如：
- 能量守恒：不能憑空增加或減少能量；
- 電荷守恒：一個(gè)系統(tǒng)的總電荷在過(guò)程中要保持不變；
- 重子數(shù)守恒：像質(zhì)子、中子這類重子，它們的“數(shù)量”要守恒；
- 輕子數(shù)守恒：電子、中微子這些也要守恒。
這些守恒定律就像一層層安全鎖，卡死了衰變的所有可能性。
舉個(gè)例子，一個(gè)質(zhì)子（重子數(shù)+1）要變成一個(gè)電子（輕子數(shù)+1），這在電荷守恒上還說(shuō)得過(guò)去，但在“重子數(shù)”和“輕子數(shù)”這兩個(gè)維度上就完全對(duì)不上。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就像你要用雞蛋換蘋果，數(shù)也對(duì)，大小也對(duì)，可惜一個(gè)是動(dòng)物蛋，一個(gè)是水果，兩個(gè)分類完全不通用。
那么……為什么科學(xué)家還要死盯著質(zhì)子衰變？
因?yàn)?，這就是科學(xué)家的“職業(yè)病”——越是看起來(lái)穩(wěn)得離譜的東西，越可能暗藏玄機(jī)。
質(zhì)子不衰變這件事，在我們的“標(biāo)準(zhǔn)模型”（Standard Model）中是成立的，但“標(biāo)準(zhǔn)模型”也不是萬(wàn)能的。它雖然成功地解釋了大量粒子現(xiàn)象，但仍然沒(méi)法解釋很多事，比如暗物質(zhì)、暗能量、引力、反物質(zhì)去哪了……
特別是一個(gè)讓科學(xué)家極度頭大的事：為什么我們這個(gè)宇宙是“物質(zhì)宇宙”？
按理論推算，大爆炸后應(yīng)該產(chǎn)生一樣多的物質(zhì)和反物質(zhì)，它們倆一碰就湮滅，最后只剩下光?？涩F(xiàn)實(shí)中我們看見(jiàn)的是物質(zhì)勝出了，反物質(zhì)幾乎消失了。
問(wèn)題來(lái)了：是物質(zhì)更頑強(qiáng)？還是有“漏洞”讓它贏了？這個(gè)“漏洞”可能就藏在質(zhì)子是否會(huì)衰變這件事里。
所以，為了看質(zhì)子死不死，科學(xué)家干了啥？
他們?cè)炝艘粋€(gè)個(gè)“地宮”。
比如日本的“超級(jí)神岡探測(cè)器”，放在地下1000米深的礦洞里，裝了5萬(wàn)個(gè)噸級(jí)超純水和一堆光電探測(cè)器，就為了等一個(gè)質(zhì)子突然說(shuō)：“我不想活了！”
還有未來(lái)的DUNE實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)直是“戰(zhàn)地記者”級(jí)別的存在：既要觀察中微子，還要盯著質(zhì)子，期待抓住那史詩(shī)級(jí)的“自爆一刻”。
但幾十年過(guò)去了，這幫“守靈人”啥都沒(méi)見(jiàn)到。科學(xué)界唯一的成果是把質(zhì)子的“壽命下限”越抬越高，現(xiàn)在已經(jīng)是2×103?年，也就是：
比整個(gè)宇宙存在時(shí)間多出一萬(wàn)億億倍
總結(jié)一下：我們得感謝質(zhì)子“不爛”
說(shuō)實(shí)話，如果哪天質(zhì)子真開(kāi)始集體衰變，那我們?nèi)祟惥蜎鰶隽恕?/p>
所以，從某種角度來(lái)說(shuō)，我們這個(gè)宇宙能穩(wěn)定存在這么久，全賴這些“死活不退休”的老家伙守著崗位。而科學(xué)家們，就像那群在監(jiān)控室里盯著警報(bào)燈的守夜人，死盯著它們哪天會(huì)突然出事。
他們不是想讓宇宙完蛋，而是相信，在這些不合理的“穩(wěn)定”背后，藏著某種我們還未認(rèn)清的宇宙真相。
也許那天真的來(lái)了，質(zhì)子突然“吐了一口氣”，科學(xué)家們會(huì)沖進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，像發(fā)現(xiàn)外星人一樣興奮。
而你我，可能就會(huì)消失在這口氣里。
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