讀者回應 2021 年 10 月刊

《大眾科學》2021 年 10 月刊的讀者來信

October 2021 issue of 大眾科學

大眾科學,2021 年 10 月

μ子問題

在馬塞拉·卡雷納的“看不見的宇宙”一文中,描述了μ子(三種帶電輕子之一)的觀測行為與基於粒子物理學標準模型的計算之間 apparent 的差異。如果 μ子的差異是真實的,我預計 τ 輕子也會出現差異。

範·斯奈德,加利福尼亞州拉克雷森塔


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作為一位業餘量子力學愛好者,我想知道 μ子的振動是否是引力波的影響——波峰和波谷。

吉姆·雅庫布辛,透過電子郵件

卡雷納在她的文章中指出,“星光是帶電質子和電子之間電磁力作用的結果,在恆星熾熱的表面釋放光能。包括我們的太陽在內的這些恆星的熱源是強力,它作用於質子和中子,產生核聚變。”

我想知道什麼是熱。熱和熱能是相同的嗎?膠子是核聚變熱量的來源嗎?我還想知道什麼是光。光和光能是相同的嗎?光是光子在空間中傳播嗎?

內田博之,東京

卡雷納回覆:斯奈德提出了一個非常好的問題。實際上,μ子 g-2 實驗結果最簡單的解釋是引入了一種新的力,這種力既影響 μ子和 τ 輕子,但不影響電子(第三種帶電輕子)。這是因為量子力學的規則與最簡單的新型力不一致,除非該力至少影響除 μ子之外的另一種粒子。μ子 g-2 結果的其他幾種解釋也涉及 τ 輕子,因此考慮我們如何在這些粒子的實驗中看到一些東西非常重要。τ 輕子比 μ子更不穩定,並且更難在第一時間產生,但人們可以想象在未來建造一個針對生產它們而最佳化的粒子加速器——“τ 工廠”。

業餘量子力學愛好者聽起來像是一個非常好的職業!我們認為引力波的影響太弱,與 μ子 g-2 實驗無關,但雅庫布辛的建議與弦理論家正在嘗試做的事情相去不遠。他們聲稱我們看到的一切都是振動弦的結果,其中引力是一種振動,而我們在 μ子中看到的影響是其他型別的振動。如果這樣一個統一的圖景最終被證明是正確的,那麼它最終可能是解釋為什麼應該有新的奇異粒子或力影響 μ子 g-2 的原因。

內田提出的問題值得長篇解答,但這是一個簡短的總結:當我們說“熱”時,我們幾乎總是指粒子的動能,這些粒子可能是原子、分子或帶電基本粒子的等離子體。動能只是意味著粒子正在快速移動。帶電粒子(如電子)可以發射光子,光子是光粒子。這是一種將熱能形式的能量轉化為光能形式的能量的方式,就像在老式燈泡或太陽表面發生的那樣。

我們太陽中的熱量最初來自引力,引力在數十億年前導致構成太陽的氣體坍縮成一個巨大的熱球。然而,一旦這個熱球形成,太陽就開始透過稱為核聚變的過程產生熱量。

在這個聚變過程的第一步中,太陽內部的兩個質子聚變成一個氘核,同時釋放出一箇中微子和一個正電子——電子的反粒子。然後氘核捕獲另一個質子,形成一個氦同位素並釋放出一個伽馬射線光子。氘核是質子和中子的束縛態,束縛來自強力,強力由膠子攜帶。因此,事實上,太陽中的聚變能量產生需要膠子。

此外,由於兩個質子中的一個必須轉化為中子,因此該過程需要 W 玻色子,即我們稱之為弱力的載體。對我們來說,弱力是弱的實際上是一件好事,因為這就是為什麼太陽中聚變的第一步進行得非常緩慢——這意味著我們的恆星將在數十億年內穩定發光,而不是在更短的時間內爆炸。

年齡和跌倒風險

克勞迪婭·沃利斯在“當健康一落千丈時”[健康科學] 中討論了近期老年人危險跌倒事件的增加。作為一位 78 歲的退休醫生,我認為這些跌倒的原因之一可能是本體感覺的逐漸減退——至少在我的情況下是這樣。我的平衡感很好(我每天在不平坦的岩石地面上行走),我的力量雖然肯定有所下降,但仍然足夠。但我注意到我的本體感覺略有偏差,這足以引起問題。我掉東西是因為我的抓握力不夠緊,並且在門檻和地毯上絆倒。當把物品放在櫃檯上時,我也傾向於碰撞盤子和杯子。

帕特里克·勞克林,透過電子郵件

沃利斯回覆:研究證實,本體感覺——即一個人身體在空間中的位置感——確實會隨著年齡的增長而下降,其他感覺也是如此。它還表明,適當的體育活動可以減緩這種下降——這只是有針對性的鍛鍊可以降低跌倒風險的另一種方式。

養活未來人口

查德·弗裡施曼和瑪姆塔·梅赫拉在“更多食物,更少浪費”一文中,以一個重磅炸彈開篇:鑑於目前的人口增長率和經濟發展,到 2050 年,至少相當於印度的面積將不得不新增到我們的全球糧食生產系統中,以滿足預期需求。這篇文章描述了提高糧食使用效率的潛在改進措施,主要是透過減少浪費來解決這個問題,這些措施似乎非常值得嘗試實現。但是,透過努力降低或逆轉人類人口增長來解決糧食需求上升的問題呢?

雖然更有效地利用糧食出於多種原因是有意義的,但這可能只是針對症狀而不是原因。也許大眾科學可以向我們介紹另一篇文章,內容是如果全球人民採取能夠使人類總人口下降的做法,糧食需求以及許多其他環境問題可能會減少多少。

斯科特·T·邁斯納,透過電子郵件

科幻歷史

加布裡埃爾·貝洛特在“探索黑人科幻”[推薦;七月] 中對黑人科幻短篇小說的評論提醒我,大約在我的第一部奇幻小說由華納圖書出版時,我的編輯貝琪·米切爾負責出版了黑暗物質:非洲僑民的百年推想小說(華納圖書,2000 年)。這部選集獲得了 2001 年世界奇幻獎,由謝麗·R·托馬斯編輯。我很幸運得到了一本托馬斯簽名的書,她很友好地將其贈予了我的兒子。

詹姆斯·斯托達德,透過電子郵件

勘誤

在艾米麗·里爾的“無限數學”中,“組合是結合的和么半的”插圖中的箭頭是不正確的。箭頭 g ∘ f 應從 A 指向 C,箭頭 h 應從 C 指向 D

大眾科學雜誌第 326 卷第 2 期本文最初以“Letters”為標題發表於大眾科學雜誌第 326 卷第 2 期(),第 6 頁
doi:10.1038/scientificamerican0222-6
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