 物理学的两大基石现代物理学的两大基石：量子论与广义相对论中，量子论是用来解释微观世界的理论，它可以用来描述光子、电子等基本粒子是如何运动，以及它们是与什么样的力发生交互作用。可以这样说：量子论的法则支配着微观世界的原子和基本粒子的行为。例如电子对之间的相互排斥行为是由于电磁力所造成的，而且是电子对之间相互交换了光子的过程。  而另一个理论：广义相对论，则是一门有关于时空和引力的理论。根据广义相对论：带有质量的天体，周围的时空会被弯曲。据此可以推断：太阳对行星的吸引力，以及宇宙中天体的引力现象，都是时空弯曲所造成的。 通过广义相对论，我们也可以利用广义相对论对天体的轨道进行精准地预言。所以说：在宇宙空间这样的宏观空间中，是广义相对论支配着天体的运行。  然而，即便这两大基石都以一个又一个的事实支配着我们的世界观，宇宙观，更是将人们对这个世界的改造能力提高到了前所未有的高度，然而这两大理论却面临着自身难以弥补的缺点，并且两者也无法融合。  两大基石的短板对于广义相对论学者来说：它的适用范围是类似天体这样宏大尺度下的引力现象，但是对于比原子核还小得多的微观世界中的引力现象却没办法解释的。  另外在理论上，基于量子论的我们可以处理微观世界的引力问题，但是目前物理学家却仍然没有找到成功的解决方法去解释其引力问题。幸好，原子和基本粒子问题中的引力作用非常微弱，所以基本上可以忽略不计，它并不会造成太大的影响。 然而忽略不计，并不代表它并不存在，而假如放任这种现象，说句夸张的话：人类将止步不前，永远困在牢笼中，而原因是即便是在微观世界中，当大量的物质非常紧密地聚集在非常小的空间中，引力就会显得非常重要。有人可能会说：这种情况根本不可能发生，或者现在也找不到这一个例子。  然而这样想就大错特错了。在科学家眼里就有个十分经典的例子，那就是宇宙诞生的瞬间，也就是宇宙大爆炸。可以说：解决了上述的问题，那么对于宇宙刚刚诞生瞬间的10^-43 秒内所发生的真相就迈进了一大步。  为了更好地了解宇宙的创生与演化，特别是从更加本质的层面上探究微观世界的奥秘，以及微观如何造就了宏观等等一系列的谜团，新的理论就呼之欲出了，它便是超弦理论。那在超弦理论被提出之前，有什么理论是其先驱理论，或者说是指导理论呢？ 万物皆由原子组成1803年，英国科学家约翰-道尔顿提出了万物皆由原子组成的学说，马上颠覆了当时人们的世界观：原来世间的万物，看似纷繁复杂，实际上本质上却是一样的：它们都是由无数的原子组成，而原子之下，再不可分。这便是超弦理论早期的原型。  约翰-道尔顿 基本粒子然而，即便拥有这样的，颠覆当时人们三观的学说，随着时间的推移，科学的进步特别是微观探测手段的进步，越来越多的比原子还小的微观粒子出现在了理论模型中，并且被一次次地成功验证。  现代物理学中，这些基本粒子便是自然界中最小的零件，它们都被认为是一些没有大小的点。如果把所有类型的夸克都看作是一种类型的话，那么人类已知的基本粒子是20余种，其中就包括我们熟悉的电子、光子、中微子、夸克、希格斯玻色子等。 当然，科学家也不满足于此，他们坚信一定还有许多尚未被发现的基本粒子，它们一起构成了纷杂的微观世界。而其中它们的关系，假如展示在我们眼前，或许都让我们无法理解。  新的托勒密模型？虽然说这些微观粒子已经可以很好地解释微观世界中的性质和现象了，但是不少科学家却又会发出疑惑：这会不会又是一个托勒密式的模型呢？新的套娃结构，会不会再次把人类的认知逼入绝境呢？世界真的就如此复杂吗？  托勒密定理 超弦理论的诞生自然科学的一大理想，就是用尽可能少的要素去解释尽可能多的现象，而基本粒子作为世间最小的组成要素，它的种类似乎太多了，所以这样的现象驱动着人类去寻找新的更为基本的构成单元。就是在这样的背景下，超弦理论登上了历史舞台。 超弦理论认为：组成自然界所有物体的最小零件就是“弦”，无论是任何事物，人体、木头亦或者是太阳等恒星，它们都是由无数个弦所组成的。而弦是没办法描述的，我们只可以将其看作是只有长度，却没有宽度的物体。由于这个原因，超弦理论就被誉为“万有理论”或者“终极理论”。 如若这个理论是正确的，那么自然界中的所有现象便都是无数根弦所碰撞、粘合、展开并由一定的频率震动所造成的。根据超弦理论：无论是什么基本粒子，被放大后都会被表现为相同的弦，这比当年道尔顿的原子论更为彻底，直接将世间万物的组成零件总结为一根简简单单的弦，而不再是有着种类区别的原子。 不同的粒子对应着弦的不同振动频率。可以说假如破解了这些频率，那么解开世界一切的谜团，或许就不困难了。然而现实情况中，由于弦的振动尺度太小，以至于我们无法观测，所以才会在我们眼中产生了存在着许多种不同基本粒子的表象。 超弦理论的具体问题弦到底有多大？这个问题恐怕还没有人能够说得清，但不容置疑的是：弦一定小得超出了人类的想象，无论我们使用什么样的显微镜或者是其他设备， 我们都无法捕捉到弦的身影。 理论上预测：弦的长度小于10^-34米，这种大小对于原子核来说是非常之小了。而且科学家预测：弦的形状有两种：一种是像橡皮圈那样的“闭弦”，而另外一种则是将橡皮圈从某处剪开的“开弦”。闭弦没有端点，而开弦则有端点。 实际上，这两种弦在本质上没有实质区别，只要把开弦的两端连接起来就形成了闭弦，将闭弦剪开就成了开弦。 弦的振动速度是多少？弦最显著的特征就是它会不停地振动，其振动之快，超出了我们的想象。小提琴的琴弦振动频率是十分之快，每秒达到几百次，人的肉眼都无法识别范围，但是对比起超弦理论中的弦可是非常之慢了。理论中，超弦理论的弦的振动频率可以达到10^42 次/秒。 这个数字并不是乱写的，这是因为弦的振动速度之快，达到了自然界中的最快速度：光速。 而另一个问题，则是弦是通过何种方式振动，组成基本粒子的？对于这一点，所有的结论还只是处于理论猜测阶段，不过科学家相信：我们距离真实已经越来越近了。 超弦理论下颠覆的微观世界根据超弦理论：光子是一种以最简单的方式振动的开弦，不振动的节点只有一个，以中间不动的节点为中心，两端做急速振动。 目前尚处于假象阶段的，传播引力相互作用的引力子则是一种以最简单的方式振动的闭弦，不振动的节点有两个，就好像是打稻机的滚筒一样。 天体之间是依靠着引力相互吸引的，而根据超弦理论：引力就可以是天体之间交换闭弦所产生的。 当然了，既然不同的振动模式对应着不同的基本粒子，那么有没有一些振动模式所预言的粒子，也就是可以被人们通过自己的方式所想象出来的振动方式的粒子，我们还没有找到呢？当然有。 比如说：存在两个或者三个节点的开弦振动，这两种模式都对应着大质量的粒子，而这样的粒子，我们还没有发现。 同样的：存在4个或者6个节点的闭弦的振动，这种模式也对应着尚未被发现的大质量粒子。 其实我们可以看出来：无论是开弦还是闭弦，它的振动模式都是无数种，弦所要做的只是增加它的节点数目就行了。所以说既然弦的振动模式是无数的，那么就意味着：基本粒子的形式也是无数种的。一般认为：那些没有被发现的粒子，它们都是非常重的粒子。 超弦理论下颠覆的宏观世界除了对基本粒子数量的预测颠覆了我们对微观世界的认知外，超弦理论也从根本上粉碎了我们的宏观世界，这便是多维世界的假说。 根据超弦理论计算的结果显示，这个世界的空间并不是三维的，而是9维的。 维度对于大家来已经很清楚了，比如一个人，他可以在长宽高三个方向上运动，这就是我们平日生活的三维空间。但是在超弦理论中，除了长宽高三个维度以外，还有6个隐藏的维度，由于它们蜷缩得非常小，所以我们是看不到的。其实这点不难理解，举个例子，大家就明白了。 比如我们走在地毯上，相对于大尺度的我们来说，我们就可以把地毯试做2维的，但是地毯真的是2维的吗？显然不是，因为它还有很小的蜷曲起来的第三个维度。对于地毯上的跳蚤来说， 它可以在地毯线的长宽高三个方向上运动，所以在跳蚤眼中，地毯无疑是三维的。 对于上述的情况来说：线蜷曲的方向对于人类来说就是一个隐藏的维度，而且这个线是在地毯上的每一个地方都存在的，我们没有发觉，并不代表它不存在，对于超弦理论来说也是如此，超出我们所认识的三维维度的其他维度，可能是由于它们蜷曲得非常小，小到和弦的长度差不多，所以对于我们来说，这些维度就是隐藏起来的，我们也就和走在地毯上一样是感觉不到另外6个维度的存在。 然而即便超弦理论是正确的，这6个维度也是真实存在的，它也不会对现今的物理学实验结果，或是对我们的日常生活中的现象产生什么无可挽回的矛盾。 |
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