超弦理論:大師遠去後的人類再一次的嘗試!
愛因斯坦是我們公認的時代偉人,沒有他在相對論中傑出的貢獻,就沒有我們的現代物理學(現代物理學的2大基石,廣義相對論和量子力學,其中愛因斯坦在量子力學也有其相應歷史地位)。在愛因斯坦生前,相對論幾乎解釋了宏觀世界所有物理現象。而且,他還創造性的將「時間」作為第四維度引入到我們對宇宙世界的描述中。於是,我們對宇宙的描述由原來的「空間」變成「時空」概念,這些都是創時代意義的。偉人之所以偉大,不是因為它能思考的多遠,而是因為他們能夠在一切看起來都不可能時將不可能變成可能,愛因斯坦就是這麼一個人,而且他在這些偉人裡面算得上是翹楚。
但是,上天對人類既是公平的,也是不公平的。上天給了我們愛因斯坦,但沒有讓我們永遠擁有愛因斯坦。1955年4月18日,星期一,偉人與世長辭,留下一部相對論以及一大堆被焚毀的手稿。他的離世,不可不謂是我們時代的損失,也是我們人類的損失。偉人們又再一次讓人類單獨地去面對這個深奧的世界。
很快,困惑就找上了人類。愛因斯坦留下的相對論中,宇宙的產生和結束都不可避免的會出現「奇點」這個問題,但是,相對論對宇宙時間、空間和物質的描述似乎在「奇點」處就突然間失去了意義,於是整個現代物理學界嘩然,人類不得不面對廣義相對論對宇宙的解釋所出現的局限性,因為相對論也有不能描述的內容,奇點。人們極其困惑,但不幸大師已離我們遠去。此外,令人困惑的現象,也出現在了現代物理的另一大基石量子力學上。
我們知道,物質如果從無限小分割的角度去看的話,我們可以看到,物質由分子構成,分子由原子構成,原子由原子核和電子構成,原子核有質子和中子構成,而質子和中子由夸克構成,而夸克就無法繼續在分割下去了,於是夸克和電子等都被認為是物質的基本粒子,無法再進行分割。但是不得不提,宇宙中這種基本粒子目前發現的就有好幾百種,對很可能提示這種基本粒子的形態並不是分割的最後結局。
在物理學中,存在4種基本力:1、引力:即萬有引力;2、電磁力:來自不同電荷之間的相互作用;3、核力:即將夸克結合到一起的力,核力本質上也是電磁力,只不過是只限於夸克之間。4、弱力:即改變粒子但不對粒子產生推或拉的力,發生在原子核裂變和聚變的過程中。我們知道,萬有引力的產生是因為物體質量相互之間的吸引,質量越大,引力越大,但是為什麼質量間會產生這種吸引?對此,愛因斯坦給出了一個出乎所有人意外且精彩的解釋:宇宙空間的本身是有形狀的,當沒有任何物質或能量存在時,空間應該是平直光滑的,當一個大質量物體進入空間後,平直的空間就會發生彎曲凹陷。這就像一張平鋪的很直很平的織網,當在織網中間放上一塊鐵球,織網就會凹陷下去,而萬有引力就是因為這樣的空間彎曲所導致的。在此,引力的本質被漂亮地描述成空間的扭曲,廣義相對論對此進行了圓滿的解釋。
但是,空間扭曲卻解釋不了其他3種基本力,電磁力、核力和弱力似乎都無法通過空間的扭曲來實現。愛因斯坦曾試圖假設世間所有的物質都是由空間扭結和振動而形成,也就是說,我們所有看到的一切可能本質上都是幻覺,只不過是其他形式得空間扭結。如果這種思想正確的話,那麼另3種基本力必然本質上與引力一樣,都是空間扭結的結果。然而,真實情況的微觀世界中,空間壓根不是平直光滑的,粒子間的相互作用可用一個「熱鬧」形容,很多現象根本無法用廣義相對論進行解釋。對除引力外的其他3種基本力,必須得用量子力學來解釋,在這個理論體系中,宇宙中所有的物質都是有幾百種基本粒子組成的,由於這些基本粒子的質量小到近乎為零,所以這些粒子的運動軌跡變幻莫測,極具不確定性,根毫無規律可循。在量子力學範疇內,力是由粒子的交換產生的,電磁力是有光子交換而來,強力由膠子交換而來,弱力由弱規範玻色子交換而來。但是,萬有引力是無法通過粒子間的交換得來的。
於是,我們不得不面對這樣一個現狀,構成現代物理學的兩大理論基石,量子力學和廣義相對論在理論上居然不統一,這無疑成為了現代物理學的一大傷痛。人們很難相信,在宇宙的微觀層面和宏觀層面,二者居然不是統一的,居然要用兩種理論對此進行解釋。
在面對這樣一個問題,人類開始了長期的困惑,我們內心十分緊張,因為那時的我們離大師愛因斯坦的離開已經近三十多年。人類一直以為,自己可以踩在大師的肩膀上看的更高和更遠,確實,但是人類只是繼承了大師的成果,卻沒有大師對問題思考和解決的能力,三十年是一個什麼概念,人類無比緊張,但是緊張歸緊張,在這三十多年中,人類並沒有給我們一個對這個世界普遍能接受的一種得觀點。就在我們悲觀的認為對宇宙的認識就此擱淺時,一種新的理論悄然間得到了流行,並被越來越多所認知和理解,這個新的理論,就是超弦理論!
※一千字看懂超弦理論
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