------------

[轻松小科普] 希格斯是什么

    咳，咳，咳咳咳！上课了啊！后面那位同学听见没，竖起你的耳朵好好听。

    今天，先讲讲什么是希格斯。要不然到后面的课程中，都稀里糊涂死了。

    孤雁此次开的新书《希格斯干线》，从一种叫希格斯的玻色子得到灵感。该种物质是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子，如果它的存在被证实，则“宇宙就不应该存在”。这种被称为“上帝粒子”的物质，是万物之源，但也导致了万物存在的不科学性——当然，这是理论。

    以下内容，谨从专业文献中摘抄，孤雁可没这么大的能耐去写如此深奥的文字。仔细看完会对阅读《希格斯干线》有帮助。但如果没时间读这篇作品相关，也不会影响读者对剧情的把握，太较真儿反而不好。但是，科幻迷，一定要读。

    物理学家希格斯提出了希格斯机制，在此机制中，希格斯场引起自发对称性破缺，并将质量予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发，它通过自相互作用而获得质量。2012年7月2日，美国能源部下属的费米国家加速器实验室宣布，该实验室最新数据接近证明被称为“thegodparticle”的希格斯玻色子的存在。

    科学家们建立起被称为标成3大类：夸克、轻子与玻色子。标准模型的缺陷，就是该模型无法解释物质质量的来源。在本质上，这个场就像一池黏黏的蜜糖，除了非质量的基本粒子，通过此场的时候，会将粒子转变成带有质量的粒子，就像是原子的成分。在标准模型中，希格斯粒子包含了一个中性与两个带电成分的区域。两个带电和一个中性区域皆是玻色子，是纵向三极化分量带质量的w+、w–和z玻色子。

    希格斯玻色子也是一种玻色子，然而它与上述这些规范玻色子不同，希格斯粒子负责引导规范变换中的对称性自发破缺，是惯性质量的来源，因此并不是规范玻色子。那么为何质量问题如此重要呢？要解答这个问题，必须回到20世纪60年代理论探索的开始阶段。

    在研究过程中，杨－米尔理论无论应用到弱还是强相互作用中所遇到的主要障碍就是质量问题，由于规范理论规范对称性禁止规范玻色子带有任何质量，然而这一禁忌却与实验中的观测不相符合，如果不能解决质量问题，将使得整个研究失去基础。

    一开始人们试图通过自发对称破缺机制，即打破规范理论中对拉氏量对称性的严格要求，使得物理真空中的拉氏量不再满足这种对称性，然而到了1962年，每一个自发对称性破缺都被证明必定伴随着一个无质量无自旋粒子，这无疑也是不可能的。

    1964年，英国物理学家希格斯（higgs）解决了这个问题，使得自发对称性破缺发生时，那个无质量无自旋粒子仍然存在，但它将变成规范粒子的螺旋性为零的分量，从而使规范粒子获得质量。这一方法被今天的标准模型所借鉴，标准模型通过引入基本标量场——希格斯场来实现所谓希格斯机制。通过希格斯场产生对称性破缺，同时在现实世界留下了一个自旋为零的希格斯粒子。

    希格斯玻色子是物理学基本粒子“标准模型”理论中最后一种未被发现的基本粒子，其自旋为零，其他粒子在希格斯玻色子作用下产生质量，为宇宙形成奠定基础。迄今为止，“标准模型”预言的其他粒子都已发现，但希格斯玻色子的存在尚未在实验中证实，它又被称为“上帝粒子”。一旦研究证实希格斯玻色子不存在，“标准模型”理论将被推翻。

    2014年6月27日，在欧洲原子能研究中心工作的科学家们在对“上帝粒子”希格斯玻色子的属性进行研究，并将其与关于宇宙大爆炸后的另一理论相结合，最后得出“宇宙是不存在的”这一震惊世界的理论。只是还有许多新的物理学现象无法用这一理论进行解答，所以科学家们对宇宙的探索仍在继续进行中。

    在物理学研究中，对“希格斯玻色子”的研究一直是整个宇宙研究的重中之重，因为它被认为是赋予宇宙质量的粒子，并且这一微小让人费解的宇宙颗粒与现有科学理论互不相容。它还有另外一个名字为“上帝粒子”，意为取代上帝创世的粒子。对其相关研究显示，“宇宙在‘大爆炸’结束后只出现了瞬间就消失了”。这一发现让所有科学家为之一振并感觉难以接受。如果这一理论是正确的，也就意味着所有的一切都就将面临着重新洗牌的危险。

    科家们将这一理论与先前另一个预测宇宙膨胀的同样富有争议的理论相结合，最后得出宇宙在大爆炸后的零点几秒立刻发生了大收缩的理论。也就是说宇宙是不存在的，人类也是不存在的。不过这一理论无法解释许多新的物理现象，科学家们认为可能是在研究过程中忽略了一些东西，抑或是还有未被发现的物理粒子的存在。

    孤雁以希格斯作为最超级最炫酷的交通方式，将在未来的银河系里拥有无可替代的地位。有哪位想要一试的，请到索拉里亚医院stu来。从阮建超被抓走之后，新来的神经外科主任孤雁不收费，为各位做神经元数字化试验。
------------

[轻松小科普] 太阳系新家园

    有同学对《希格斯干线》中设定的人类首选替代性居住地――木卫二相当的感兴趣，并提出可否再科普一下这方面的知识。[]于是乎孤雁又问了度娘一问，她掐指一算，得出长篇结论。孤雁结合其它文献整理了一下，有些争论，但基本大方向还是与孤雁从专业书籍上看到的一样。

    众所周知，到目前为止，人类还尚未在地球之外的任何地方发现过生命迹象。但是这一结论或许在不久的将来就会改观，至少孤雁的《希格斯干线》已经告诉你有个地方可以去――木卫二。科学家们已经在太阳系外发现了将近一千颗新的行星，全世界的宇航机构也不断规划着新的太阳系天体探测器考察计划。设在美国加州芒特韦尤的seti机构的科学家们也正加紧筹款建造新的射电望远镜阵列用于倾听“外星人”的声音。

    嗨，说系外干嘛！现在还不是时候，先说说太阳系之内的事情。看看到底哪些星球可以适合人类居住。从度娘那里，孤雁得知太阳系范围内的6大最有希望之地。之所以将选择的目标局限在太阳系范围之内，并非因为太阳系之外就不可能存在生命，而是从实际出发做出的考虑。

    如果要确认某一颗星球上存在生命形式，最好的方法就是现场验证，而这对于过分遥远的太阳系外其它区域来说显得不太现实；其次，在思考这一问题时，即便真的有朝一日发现外星生命体，也不要指望这些星球上会满地爬虫，甚至可以与之交流。所有这些列出的目的地的环境条件都非常苛刻，看起来除了微生物之外任何更大的生命都难以承受。

    首先出场的是土卫二，而并非我《希格斯干线》中所先安排的木卫二。土卫二仅仅是土星的一颗较小的卫星，但是让科学家们大吃一惊的是，它并非冷冰冰的冰球一个，而是非常活跃的。2005年，美国宇航局的卡西尼探测器发现土卫二南极的裂隙系统中有大量的水汽喷出。对此现象最好的解释就是这里存在一个巨大的地下海洋，其温度是由土卫二和其它土星卫星之间的引力潮汐作用维持的。因此这里或许存在产生生命所需要的条件，这也让土卫二成为探测生命迹象的目标候选天体之一。

    第二个地方，依然不是木卫二。那是谁呢？是土卫六，作为土星最大的一颗卫星，土卫六的大小远胜过小个子的土卫二。它是太阳系中唯一一颗拥有浓密大气层的卫星，同时也是太阳系中除了地球之外唯一一颗地表有液体湖泊和河流的星球。当然，这些湖泊河流中的液体并不是液态水，而是液态的乙烷和甲烷，几乎就相当于是液化天然气，这里下的“雨”也是这些碳氢化合物成分。但是尽管这些化学成分上的不同，以及极低的温度(土卫六的地表温度大约零下179摄氏度)，这里确实是一个活跃的化学大熔炉。

    第三一个，就是孤雁最不看好的火星，大家都喜欢，可偏偏孤雁不待见。对于那些搜寻地外生命的人们来说，火星永远是跳不过去的目标。尤其让人感兴趣的是火星夏季出现在霍洛维茨陨石坑内的暗黑色条痕。这些有可能是火星浅层地表下方融冰形成的盐水，可对这里进实地取样检查。《希格斯干线》将有它的出场，但没有太多人类居住。

    好啦！到了，《希格斯干线》的开场之星――木卫二。其实在很多人自己开列的榜单中，这颗卫星的位置要高得多，因为据估算这颗星球上的水量可能比地球海洋中全部的水加起来还要多。但是问题在于这个液态咸水海洋可能存在于木卫二的坚固冰层之下，这一坚硬冰层的厚度可能达到10英里。不但如此，这一地下海洋将是一片漆黑，这就意味着光合作用无法进行。然而这里的确有可能存在一些地热或来自地表下沉的复杂有机分子。

    再就是金星，乍一看，金星是无论如何不应该被列入这个榜单的。因为每个人都知道它拥有地狱般的地表环境：超过400摄氏度，90倍大气压强，浓硫酸雾等等。然而正如美国丹佛自然和科学博物馆天体生物学家大卫・格里普森指出的那样，在金星大气层高处，这里的压强和温度都非常适宜生命的存在。除此之外，他指出，这里存在一些有趣的化学环境条件，比如这里的二氧化硫和一氧化碳气体或许可以构成某种食物链条，为某种悬浮在空中的生命形式提供食物。

    木星的卫星几乎都可以让人类在改造星球之后作为临时的居住地，木卫四和木卫三和木卫二一样，这两颗伽利略卫星同样被认为拥有地下海洋。然而在这两颗星球上，这个地下海洋可能位于将近100公里的深处。因此想要在这样一个地方进行考察，那将是一项惊人的挖掘工程。

    不过，有的不认为金星适合人去，因为环境太过恶劣。

    好了，科普到这里了，有没有不明白的同学？不明白的同学请不要举手！下节课，我们讲一讲关于系外智能生物存在的可能性。好，下课！

    老师再见！

    干吗？不写书吗？做哪门子老师，欠揍不？

    对不起！码字去了，《希格斯干线》还要……
------------

[轻松小科普] 高大上银河系

    同学们，安静！安静了！

    后面那位帅哥，请把你的手从女同学的腰上拿开。现在是上课时间，虽然是选修课，但也得认真听。要不然以后叫你读《希格斯干线》时两眼一抹黑，怎么办？

    好，同学们注意了，现在开始上课。请翻开《度娘百科》，今天我们科普银河系的相关知识。

    “飞流直下三千尺，疑是银河落九天。”，在古代的文化里视银河为天河，把注意力扩大到河东和河西的牛郎织女两个星座，想象编造出牛郎织女爱情的故事。那么美好的爱情，中间偏偏出现个王母娘娘，从中作梗，女子们没有力量反抗，只好通过鹊桥相会和“乞巧”的方式，获得精神上的寄托和安慰，东方文化就这样委婉含蓄。唐朝顾况的《宫词》中便有一句“水晶帘卷近秋河”，这里的“秋河”说的是银河。再如李商隐的《嫦娥》中有“长河渐落晓星沉”

    从科学角度说呢？

    银河系是太阳系所在的星系，包括1000到4000亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃。它的直径约为100,000光年，中心厚度约为12,000光年，可见物质总质量是太阳质量的大约1400亿倍。过去银河系被认为与仙女座星系一样是一个旋涡星系，但最新的研究表明银河系应该是一个棒旋星系。目前，一支国际研究小组对银河系和仙女座大星系进行了质量估算，发现银河系的质量只有仙女座大星系的一半。

    那同学们可以想像一下，那个仙女座大星系有多大。不管它有多大，不是我们今天关注的重点。希格斯干线写得只是银河系之内的事儿，科技还没有发达到冲出银河系的程度。

    银河系具有巨大的盘面结构，有一个银心和四条旋臂，旋臂相距4500光年。太阳位于银河一个支臂猎户臂，至银河中心的距离大约是26,000光年。银河系在成长过程中还吞并了许多小星系，来自其他星系的天体汇入了银河系的内部。由于有大量的伽马射线从银河系中央射出，史蒂芬・霍金曾经声称观测表明银河系中心是一个巨大的黑洞。

    那我们后面的正文章节里，这些旋臂、伽马射线、黑洞都将接二连三的出现。请同学们一定认真听，以后用得着。

    人类，包括你们和我，都生活在太阳系中。那太阳系在银河系的什么位置呢？

    银河系是太阳系所在的恒星系统，包括一千二百亿颗恒星和大量的星团、星云，还有各种类型的星际气体和星际尘埃，它的可见总质量是太阳质量的1400亿倍。在银河系里大多数的恒星集中在一个扁球状的空间范围内，扁球的形状好像铁饼。扁球体中间突出的部分叫“核球”，半径约为7千光年。核球的中部“银核”，四周“银盘”。在银盘外面有一个更大的球形，那里星少，密度小，称“银晕”，直径为7万光年。

    什么？没听清楚太阳系到底在哪里吗？那我们再来讲这个问题，这个问题很重要。

    太阳位于一条叫做猎户臂的支臂上，距离银河系中心约2.64万光年，逆时针旋转（太阳绕银心旋转一周约需要2.5亿年）。太阳系在猎户臂靠近内侧边缘的位置上，在本星际云中，距离银河中心7.94±0.42千秒差距我们所在的旋臂与邻近的英仙臂大约相距6,500光年（通过测定了离地球约6370光年的一个大质量分子云核的距离）。我们的太阳与太阳系，正位在科学家所谓的银河的生命带。

    太阳运行的方向，也称为太阳向点，指出了太阳在银河系内游历的路径，基本上是朝向织女，靠近武仙座的方向，偏离银河中心大约86度。太阳环绕银河的轨道大致是椭圆形的，但会受到旋臂与质量分布不均匀的扰动而有些变动，我们当前在接近银心点（太阳最接近银河中心的点）1/8轨道的位置上。

    太阳系大约每2.25―2.5亿年在轨道上绕行一圈，可称为一个银河年，因此以太阳的年龄估算，太阳已经绕行银河20―25次。太阳的轨道速度是2m/s，换言之每8天就可以移动1天文单位，1400年可以运行1光年的距离。