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来源丨喜马拉雅APP喜马讲书的精品课《喜马讲书》 随着《流浪地球》的热度越来越高，人们对于宇宙的兴趣也越发的浓厚了起来。《宇宙的琴弦》作者布赖恩·格林是世界顶尖的物理学家，牛津大学物理学博士，哥伦比亚大学数学和物理学教授。 本书讲述了弦理论产生的背景、基本思想和观点，介绍了弦理论对物理学的影响，使我们对物理学这一前沿理论有了一个全方位的认识。 为什么需要弦理论广义相对论和量子力学已经被无数的实验和事实所验证，它们都是正确的，一个能够解释宏观世界，一个解释微观粒子。但是在某些特殊场景中，比如在黑洞的中心、大爆炸时刻的宇宙，物质质量大而尺度小，这时我们既需要广义相对论，也需要量子力学。 然而，当两个理论的方程结合起来时，好好的物理问题却得不出有意义的答案。也就是说，此时二者发生了矛盾。 为了消除矛盾，让广义相对论和量子力学两个理论协调起来，物理学家绞尽脑汁，做了无数的努力。虽然每次努力都很大胆，都有创新，但仍然没有解决这个问题。 直到弦理论的出现才基本解决了这个矛盾。 弦理论到底说了些什么弦理论认为，如果把电子和夸克等基本粒子放大，会发现它们是由一个个小环构成的，每个环都像是无限细的一维橡皮筋，在不停的振动。 物理学家把这些振动的“橡皮筋”叫做弦。弦的不同振动模式，形成了不同的基本粒子。弦理论提出了许多颠覆我们通常认知的观点。 比如弦理论认为，宇宙的空间结构是11维的。为什么是11维呢？它是物理学家从弦理论的基本构想出发，经过科学计算得出来的。只有11维的空间，才能容纳所有物理学定律，才能使它们不产生矛盾。 在十个空间维中，有三个维度是展开的，也就是我们所感受到的三维世界，而其余的七个维度是蜷缩起来的。由于这些蜷缩的维度尺度太小，目前用最精密的仪器也无法观测到，所以我们感觉不到它们的存在。 又比如，弦理论认为黑洞和基本粒子本质上是一样的。此前，物理学家发现，任何两个黑洞，如果有相同的质量、力荷和自转，它们就是完全相同的，这跟基本粒子的性质是一样的。 力荷是粒子对力的作用所产生的反应。我们平常说的电荷就是一种力荷，它是一个粒子对电磁力的反应。 物理学家从弦理论出发，经过极其复杂的计算，发现在某种情况下，大质量的黑洞能够转化为一个没有质量的粒子，在弦理论中，那就是一根以某种特殊方式振动的弦。 这样，弦理论在黑洞和基本粒子之间建立了直接的联系。黑洞和基本粒子就像水和冰一样，是同一种东西，只不过是两种不同的表现形式。 弦理论有什么用呢弦理论解决了量子力学和广义相对论的冲突，让我们离物理学的“终极理论”更近了一步。全世界的物理学家一直梦想建立一个理论，能够解释一切自然现象，它的一个基本要求，就是能够统一宇宙中的四种自然力，即引力、电磁力、强力和弱力。 这个理论就是统一场理论，也叫物理学的“终极理论”。量子力学统一了引力之外的其他三种力，但无法将引力纳入其中。弦理论在解决了广义相对论和量子力学矛盾的同时，实际上将引力纳入了弦理论的框架，因此在建立统一场理论的道路上迈出了重要的一步。 弦理论让我们找到了宇宙大爆炸的起点。宇宙大爆炸理论得到了大多数物理学家的认同，但物理学家们却无法描述大爆炸起点是怎样一个图景。 如果让时间倒流，时间越接近大爆炸的起点，宇宙的密度越大，温度越高。在零时刻那一点，密度和温度都达到无穷大，这个结果是不能接受的。 而弦理论认为，在大爆炸的起点，宇宙不是无限小，而是在各个维度都有普朗克尺度，你可以把它想象成一个非常小的火球。 这时宇宙的各个维度都蜷缩着，随着大爆炸的开始，三个空间维度生长出来，其余的维度还是保持普朗克尺度。三个展开的维度不断演化、膨胀，形成了我们现在看到的宇宙。 弦理论让人类穿越时空的梦想可能成为现实。霍金曾提出存在平行宇宙，也有物理学家认为黑洞是新宇宙的种子，新宇宙可以从黑洞中喷发出来。 平行宇宙就像飘浮在空气中的一群肥皂泡，我们的宇宙只是无数肥皂泡中普普通通的一个，通常这些肥皂泡是分离的，但是，连接这些平行宇宙的虫洞可能是存在的。通过虫洞，人类就有可能在不同的“肥皂泡”间穿行，也就是实现时空穿越。 在不久的未来，我们是不是能够穿越时空呢？让我们拭目以待吧。 关于主播： 《喜马讲书》：你上次读完一本书，是什么时候？读书，不知不觉成了一件「三无」的事。没有眼光挑书、没有时间读书、没有精力读书。 专业编辑团队，为你优中选优，挑出1000本各领域经典好书。每本书25分钟精华音频呈现。无需额外时间，随时随地听完一本。各领域专业撰稿人，历时200小时打磨讲书稿，你想读却啃不下的书，我们统统帮你读。 关于喜马拉雅: 喜马拉雅，中国知名音频平台，4.8亿用户的共同选择。不用看，听喜马拉雅！ |
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