看完這個才感覺「弦理論」也很有幾分道理!

總是感覺宇宙的神秘,也有很多科學家指出不同的觀點,有的科學家認為宇宙是以弦的形式存在的,也就是超弦理論:

超弦理論認為,不存在粒子,只有弦在空間運動,各種不同的粒子只不過是弦的不同振動模式而已。自然界中所發生的一切相互作用,所有的物質和能量,都可以用弦的分裂和結合來解釋。

看完這個才感覺“弦理論”也很有幾分道理!

最為奇特的是,弦並不是在平常的三維空間運動,而是在我們無法想象的高維空間運動。我們過去關於空間的觀念都是錯誤的,空間正在以一種陌生得令人驚訝的方式活動著。但是, 這樣高維度、 高能量、高溫度的空間是極不穩定的,就像脹氣太多的氣球,於是大爆炸發生了。維度被解散、能量發散、溫度降低。三維的空間和一維的時間無限延伸開來,逐漸形成了我們今天可感知的宇宙;而另外六維的空間則仍然捲縮在普朗克尺度(即10^-33釐米)以內。

當宇宙處在10^32K這樣極高的溫度(這溫度比我們得到的太陽的溫度高10^26倍)時, 引力與其他大統一力分離開來,引力隨著宇宙的膨脹而不斷延伸成長程力,。隨著宇宙進一步脹大和冷卻,其它三種力也開始破裂,強相互作用力和弱—電力剝離開來。

看完這個才感覺“弦理論”也很有幾分道理!

當宇宙產生10^-9秒之後,它的溫度降低到了10^15K,這時的弱—電 力破缺為電磁力和弱相互作用力。在這一 溫度,所有四種力都已相互分離,宇宙成了由自由夸克 、輕子和光子組成的一鍋“湯”。稍後,隨著宇宙進一步冷卻, 夸克組合成質子和中子。它們最終形成原子核。在宇宙產生3分鐘後,穩定的原子核開始形成。

當大爆炸發生30萬年後,最早的原子問世 。宇宙的溫度降至3000K ,氫原子可以形成,其不至於由碰撞而破裂。此時,宇宙終於變得透明,光可以傳播數光年而不被吸收。

在大爆炸發生100至200億年後的今天,宇宙驚人的 不對稱,破缺致使四種力彼此間有驚人的差異。原來火球的溫度已被冷卻至 3K,這已接近絕對零度。

這就是宇宙的演變史 ,隨著宇宙的漸漸冷卻,力將解除相互的糾纏,逐步分離出來 。首先引力破裂出來,然後強相互作用力,接著弱力,最後只有電磁力保持不破缺 。

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順便提一下愛因斯坦的廣義相對論

愛因斯坦的廣義相對論是關於引力的理論。我們前面說過,引力源於物體質量的相互吸引,物體的質量越大,引力越大。但為什麼物體的質量會產生引力呢?引力為什麼很微弱卻又能在宏觀範圍內起作用呢?比如說,兩個人、兩塊大石頭之間的引力幾乎就是零,只有像太陽、地球、月亮這樣宇宙中的星體,才有明顯的引力作用。

看完這個才感覺“弦理論”也很有幾分道理!

愛因斯坦把這個疑惑給解開了,他給出了一個出人意料卻又合乎情理的解答:空間本身是有形狀的,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,平直的空間就發生了彎曲凹陷,這就像一條拉得很平很直的床單上,當放進一個保齡球時,床單就凹陷下去,所謂引力就是因為這樣的空間彎曲而導致的。地球在繞著太陽的軌道上運行,是因為地球滾入了太陽周邊彎曲空間的一道“溝谷”,這就是我們通常所說的太陽對地球的引力作用。兩個人、兩塊大石頭之間的引力幾乎不存在的原因就是,這麼小的質量使空間的彎曲幾乎為零。因此,普通物體之間的引力作用是可以忽略不計的。

在這裡,引力變成了漂亮的幾何圖景,引力本身並不存在,它只是空間的幾何形變所引起的明顯結果。引力的本質就這樣被廣義相對論圓滿地解釋了。

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廣義相對論的侷限

但空間的幾何形變卻解釋不了其它三種力,電磁力、強力和弱力似乎都無法通過空間的褶皺來實現。愛因斯坦曾設想,所有的物質都是空間扭結和振動而形成,換句話說,我們看到的周圍的一切,從樹和雲到天上的星星,都可能是一個幻覺,是某種形式的空間褶皺。若這種思想是正確的,另外三種力也必定與引力一樣,是空間的幾何形變所引起的必然結果,這樣,四種力就統一到空間彎曲的幾何學中了,空間彎曲的不同方式會造就不同的力。然而,在微觀世界裡,空間根本就不是平滑的,而是有無數的粒子在劇烈且永不停息地喧囂,廣義相對論的核心原理——光滑的空間幾何概念,在這裡被破壞殆盡。

量子理論的解釋與侷限

對另外三種力的解釋需要量子理論來完成。量子理論研究微觀世界裡基本粒子的行為,在這個理論體系中,宇宙中所有的物質最終由數百種不同的基本粒子組成,由於質量小到幾近於零,這些粒子的運動軌跡變化莫測,毫無規律可循。在這裡,力是由粒子的交換而來的,電磁力是由光子交換而來,弱力是由弱規範玻色子交換而來,強力是由膠子交換而來。例如,兩個帶電粒子間的相互作用實際上是光子在兩個粒子間往來“出沒”的結果,兩個帶電粒子通過交換小小的光子而相互影響,這個過程有點兒像兩個溜冰的人在傳球,通過傳球,兩個人的運動狀態都在受到影響。其它兩種力的相互作用也是如此。

但是,因空間彎曲所導致的引力是無法通過粒子交換而來的,而且,在微觀世界裡,粒子的自身質量不僅小到幾乎沒有,還總是在雜亂無章地運動,它們之間的引力從何談起?因此,量子理論無法涵蓋引力。

廣義相對論與量子理論不能統一,成為現代物理學最核心的災難。人們很難相信,在宇宙的微觀層面和宏觀層面,居然不是一個統一連貫的整體,我們對宇宙最深處的認識居然是由兩個分裂的理論拼接起來的。為了能讓兩個理論協調起來,物理學家做過大量的嘗試,他們以這樣那樣的方法,要麼修正廣義相對論,要麼修正量子理論。雖然一次次的努力都膽識驚人,但結果卻一個跟著一個失敗。

終於,超弦理論來了。


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