弦理論淺談，一維的“弦”演奏出大千世界，人類終極目標(biāo)或?qū)?shí)現(xiàn)

組成我們大千世界的最小單元是什么？這是人類一直想弄清楚的問題。早在公元前幾百年，古希臘哲學(xué)家德謨克利特，就從哲學(xué)思辨的角度出發(fā)提出了原子論，萬物是由原子和虛空構(gòu)成，原子就是組成物質(zhì)的最小微粒。18世紀(jì)，英國物理學(xué)家道爾頓，正式提出了科學(xué)意義上的原子論。

經(jīng)過幾代科學(xué)家的不懈努力，發(fā)展至今，我們知道了，原子遠(yuǎn)不是組成萬物的最基本、最小微粒。原子由原子核與電子構(gòu)成。原子核又是由質(zhì)子和中子構(gòu)成的。質(zhì)子、中子又是由更基本的夸克所構(gòu)成。如此搗下去，夸克又是由什么構(gòu)成的呢？不好意思，以目前的技術(shù)水平，夸克已經(jīng)“到頭”了。諸如，夸克、電子、膠子等等這些被統(tǒng)稱為基本粒子。它們大致可以分為三類，即強(qiáng)子、輕子、傳播子。

隨著研究的繼續(xù)，科學(xué)家們先后找到了好幾十種基本粒子，似乎這一套描述組成萬物最小單元的理論，不是那樣的“基本”。有沒有一套更簡潔、更本源的理論來描述物質(zhì)的組成？的確存在這樣一套優(yōu)美的理論——“弦理論”。

其實(shí)，早在1968年，科學(xué)家們在尋找描述強(qiáng)力的數(shù)學(xué)公式時(shí)，便創(chuàng)立了弦論的雛形。這套理論的基本觀點(diǎn)是，自然界的基本單元不是電子、光子、夸克之類的點(diǎn)狀粒子，而是很小很小的處在一維的線狀“弦”，它有開弦與閉弦兩種結(jié)構(gòu)。弦的不同振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子，能量與物質(zhì)之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。在上世紀(jì)90年代，愛德華·維頓提出了集大成的M理論，他認(rèn)為我們的宇宙除了長、寬、高外，共有11個(gè)維度，只是其他維度嚴(yán)重卷曲，弦在這些維度的振動(dòng)才產(chǎn)生了我們的世間萬物。

用這樣一套離經(jīng)叛道的理論來解釋萬物的成因，可想世人會(huì)如何看待弦論——無視之。當(dāng)初，描述微觀世界的量子力學(xué)剛興起時(shí)，好歹還有波爾帶領(lǐng)著哥本哈根學(xué)派為了它，與愛因斯坦唇槍舌劍。可是，學(xué)界對于弦論壓根就是難得搭理。直到一天，弦論的擁躉用閉弦推導(dǎo)出了引力子。這下學(xué)界可炸了鍋了，眾人紛紛轉(zhuǎn)變態(tài)度，開始仰視弦理論。為何引力子會(huì)讓弦理論一下子變得炙手可熱，還被譽(yù)為“終極大一統(tǒng)理論”？

“引力子”顧名思義，這種基本粒子就是傳播引力的粒子。我們知道宇宙存在四大力基本力，即引力、電磁力、強(qiáng)力、弱力。而“力”的實(shí)現(xiàn)，是需要靠交換粒子的。好比，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)者，他們穿著溜冰鞋站在冰面上，甲向乙丟去一個(gè)小鐵球，乙接住鐵球，會(huì)感受到力，并往后滑一小段距離。這個(gè)小鐵球便是我們上文提到的傳播子。

電磁力交換光子而實(shí)現(xiàn)傳遞。微觀世界的強(qiáng)力，是夸克之間通過交換膠子而實(shí)現(xiàn)的。弱力則是靠w、z玻色子傳遞的。那引力呢？當(dāng)然是“引力子”。這脫口而出的三個(gè)字，卻在證明上舉步維艱，學(xué)界經(jīng)過幾十年的尋找，無論是大型強(qiáng)子對撞機(jī)里，或是宇宙射線中，都難覓引力子的芳蹤。

如今，科學(xué)家用現(xiàn)有的量子理論已經(jīng)可以很好地統(tǒng)一強(qiáng)力、弱力和電磁力了，唯獨(dú)引力無法納入其中。但是在弦論中，引力子被成功導(dǎo)出，四大基本力完成了統(tǒng)一。它還有一個(gè)重要的意義，就是可以完美地嵌合微觀領(lǐng)域和宏觀世界。雖然，愛因斯坦的廣義相對論很好地描述了宇宙，詮釋了引力。但若是深入微觀量子世界，它就力不從心了。量子力學(xué)成功地解釋了微觀粒子那些詭異的行為，但用于宏觀世界卻格格不入。

弦理論則從更基礎(chǔ)、更本源著手，用一維弦的振動(dòng)詮釋了宇宙萬物，統(tǒng)合了宏觀、微觀。物理學(xué)家?guī)讉€(gè)世紀(jì)的大一統(tǒng)夢想終于有望實(shí)現(xiàn)了，僅有一個(gè)“公式”就足以描述大千宇宙的運(yùn)行規(guī)律。我們的宇宙原來就是“弦”在空間中演奏出來的宏偉交響曲！

寫在最后的話，雖然弦理論是當(dāng)下最熱門的大一統(tǒng)理論。但其目前終究只是華麗的數(shù)學(xué)技巧，堆砌起來的空中樓閣。以如今的技術(shù)水平去驗(yàn)證弦理論難如登天，據(jù)推算，要在對撞機(jī)里，撞出“弦”，至少要把對撞機(jī)的直徑擴(kuò)大到整個(gè)太陽系才有可能……

（好了，弦理論今天我們就聊到這里，小編才疏學(xué)淺，能力有限，文章肯定有許多不足之處，大家姑且一覽，權(quán)當(dāng)消遣時(shí)間就好。）

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