宇宙的琴絃:別讓弦理論的名字騙了,其實它本身也由原子構成!

當人們考慮與宇宙有關的一些問題時,音樂總是我們選擇的方向。從畢達哥拉斯古老的“天球的音樂”到“自然的和諧”,千百年來一直引導著我們去追尋天體平和運行的天然樂音和亞原子粒子混沌的喧囂。自超弦理論發現以來,音樂的世界成了驚人的現實,因為這個理論認為,微觀世界裡到處是小小的弦,它們不同的振動便合奏出宇宙演化的交響曲。根據超弦理論,變化的微風吹遍了整個宇宙。

宇宙的琴絃:別讓弦理論的名字騙了,其實它本身也由原子構成!

另一方面,標準模型卻把宇宙的基本組成看做一點一點的沒有內部結構的粒子。雖然這個方法很有力量(標準模型提出的幾乎每個微觀世界的預言在百億億分之一米的尺度上都得到了驗證,那已經達到今天的技術極限了),卻成不了完備的或最後的理論,因為它沒有包括引力。而且,把引力囊括進它的量子力學框架的嘗試也都失敗了,原因是在超微尺度下,也就是在小於普朗克長度的距離下,空間結構將出現劇烈的漲落。

宇宙的琴絃:別讓弦理論的名字騙了,其實它本身也由原子構成!

這個未解決的矛盾激勵著人們去尋找一個更深的自然理論。隨後,格林(MichaelGreen)和施瓦茲(John Schwarz)提出了第一個令人信服的證據,說明超弦理論(或簡稱為弦理論)可能是我們尋找的那樣東西。

宇宙的琴絃:別讓弦理論的名字騙了,其實它本身也由原子構成!

弦理論革命性地修正了我們對宇宙超微觀性質的理論描述,物理學家慢慢發現,那修正正是我們需要的,它使愛因斯坦的廣義相對論與量子力學完全相容了。根據弦理論,宇宙的基本構成要素不是點粒子,而是有點兒像細橡皮筋的上下振動著的一堆絲線。不過,別讓這名字給騙了,它不像一根普通的弦,它本身也由分子和原子組成,弦理論的弦被認為是深藏在物質核心裡的。根據理論,弦是構成原子的粒子的超微觀組成元。弦理論的弦小得可憐,平均大約是普朗克長度的尺寸,所以即使用我們最靈敏的儀器來檢查,它們也顯得像點一樣。

宇宙的琴絃:別讓弦理論的名字騙了,其實它本身也由原子構成!

不過,簡單地用弦來代替點粒子作為萬物的基元,能得到很多很遠的結果。第一點,也是最重要的一點,弦理論似乎解決了廣義相對論與量子力學間的矛盾。我們將看到,弦在空間延展的本性,是把兩個理論結合到一個和諧框架裡來的一個關鍵的新要素。第二點,弦理論提供了一個真正的統一理論,因為所有物質和力都來自同一個基元:振動的弦。最後一點,那就是,除了上面提到的成績,弦理論又一次極大變革了我們對時空的認識。


分享到:


相關文章: