了解得越多,才发现深渊的深不可测。 宇宙的本质是什么? 为了能解决这个问题,人们想了各种模型来描述这个世界 然后测试这些模型,并知道哪些该保存下来,哪些该舍弃。 但是随着我们知道了更多 模型就变得更加奇怪且复杂,甚至有些岌岌可危。 弦理论一个著名的,有趣的,充满争议的,并且常被误解的理论 为何会有人想出这套理论?它的描述是正确的吗? 或只是一个不值得重视的想法? 我们一直以来就善于用我们的眼睛观察 我们近距离观察各种事物,并且惊奇于其中深藏的奥妙 来自微观世界的奇妙景观,一群奇妙的生物,复杂的“蛋白质机械”,一个个你肉眼看不到的而又维持着这个生态的,他们全由分子所构成,然后又由更小的原子所构成。 曾经我们认为它们就是世界的基本单元 直到有一天 我们将它们进行了一场强力的碰撞 在碰撞中 我们再一次发现了完全不可再切割的物质——基本粒子 但有个问题 基本粒子太小,我们不能直接观测到它 为什么不能观察到的呢? 我们想要观测的事物,就需要光,也就是电磁波。 这道波撞击物体的表面,并反射至你的眼睛里,光波携带着物体的资讯,这样让你的大脑能建构影像,所以你不能在没有某种交互作用的情况下做观测。 观察是一个主动而非被动的过程 对大多数的物体来说这都不是问题,但基本粒子非常非常非常的小,它小到我们过去所能看到的电磁波根本碰不到,可见光只会穿过它们。 虽然我们可以缩小电磁波波长来解决问题 但有一点,波长越小,意味着能量越大 所以,当我们用一道高能量的光去照射粒子时,光会改变粒子的位置 结果上我们为了观测它,改变了它的性质 因此,我们无法精确地量测基本粒子 这现象被命名为海森堡测不准原理,这也是一切量子物理学的基础。 所以,粒子看起来是什么样子的? 它的本质是怎样? 老实说,我们其实并不知道,我们只知道它们存在。 这种情况下,我们要对它们怎么做科学研究呢? 就像前人一样 我们提出了新的数学模型:点粒子模型 我们决定假设,粒子在空间中只是一个点 任何电子都只是空间中有特定电荷量和特定质量的点,而且所有电子都无法被区分,这样物理学家便可定义它们,并计算它们之间的交互作用。这套理论叫量子场论, 这个模型解决了许多问题,粒子物理中的标准模型都是建立在这上面的,而粒子物理实验的精确值也相当高,有些电子的量子性质被量测出来了,而精确值可以到0.0000000000002% (2*10^-13%)。 所以,就算粒子并不真的是个点,这样的假设让我们可以相当精确地去描绘宇宙。 这样的想法不仅让科学进步 它也带给我们许多每天都在用的科技成就。 但有一个重大的问题——重力 在量子力学里,所有的力都由特定的粒子产生 但根据爱因斯坦的广义相对论,重力并不像宇宙中的其他作用力一样 如果宇宙是场戏剧,粒子就是演员,而重力则应该是舞台 简单来说,重力是种几何学, 但在量子物理的世界中,我们无法明确量测事物 重力模型与量子物理模型彼此并不相容 当物理学家试图增加新的粒子来描述重力时,他们的数学系统就崩溃了 如果我们可以结合重力与标准模型 我们可以得到一切的万有理论 比一个点更复杂的事物是什么? 一条线? 或是一条弦? 于是弦理论就这样诞生了 弦理论之所以会如此精美,是因为其用了各异的震荡模式描述了基本粒子 就像小提琴不同的琴弦震动,能够发出各异的乐音, 弦的各种震荡模式就能产生不同的粒子 最重要的是,弦理论也能描述重力,弦理论可以统合宇宙中所有的基本作用力,这造成了群情激奋与大肆炒作,弦理论很快的成为了可能解释一切的理论。 不幸的是,弦理论也有许多特殊的限制,在我们这由三维空间与一维时间组成的宇宙中,弦理论不能保持数学上的一致性。 弦理论需要以十维的世界来运作 所以,弦理论确实能在理论中 直到现在,没有能成功达成这个任务,并且弦理论中的预测全部都尚未被实验证实 所以,弦理论并没有真正透露出宇宙的真实样貌 所以有人指出 弦理论可能完全不实用 科学是由一连串的实验和预测所组成 如果我们无法证明,那么我们为何要费心于弦理论呢 物理是建立于数学规则 2+2=4 这就是事实,不论你有什么想法,而弦理论中的数学推导是可行的,这就是为什么弦理论仍然是非常实用的 想象一下,你打算造一艘巨大的邮轮,但你只有一张划桨小船的蓝图,它们显然有诸多不同之处,引擎,材料,大小,但他们的原理基本上是一样的:一个会飘浮在水上的东西 所以,透过研究划桨小船的蓝图,你最终可能还是可以学到怎么去造一艘游轮 有了弦理论 我们可以试着去解释一些困扰物理学家数十年的量子重力论的难题,像是黑洞如何运行或是它的讯息悖论 弦理论可能可以成为指引我们方向的一盏明灯 有了这个想法 弦理论就变成了一个理论物理学家的珍贵工具,并且可以帮助他们去探索量子世界的新层面,以及一些美丽的数学理论 虽然弦理论可能无法解释一切事物,就如同点粒子模型一般, 但是弦理论可以是一个非常实用的理论 我们还不知道现实世界的真实样貌到底是如何,不过我们会继续想出更多的理论来试着探究 直到将来的某天 希望我们能真正了解这个世界 |
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