本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
生活在2300年前的古希臘哲學家德謨克利特說,「大自然的物都是由看不見的微小粒子——原子組成,原子不能憑空消失,原子也不會無中生有」,這是世界上最早的原子論。在一百多年以前,由於科學家在光譜、電子、放射性現象上面的研究,以及相繼發現了質子與中子,這時候科學家才發現即便是微小的原子也不是組成物質的最小單元。
探索不會止步,1964年,物理學家蓋爾曼指出質子、中子是由更小的夸克組成,雖然目前還沒有直接觀測到夸克,但是科學家確信它存在。是不是還有比夸克更微小的存在呢?
在粒子物理標準模型中,輕子與夸克都被看作是點粒子,什麼是點粒子呢,就是沒有內部結構的粒子,無法繼續往下分了。到現在為止,我們似乎找到了組成物質的最基本單元,但真的是這樣嗎?顯然不會是這樣,弦論又給我們指出了另一條道。
在弦論中,從分子到原子,從原子到夸克,從夸克可以到弦,在弦論中,弦是組成物質的最基本單元,它是不可再分割的了,弦的尺度究竟有多小,可能只有普朗克長度的尺度那麼小,普朗克長度:10的-35次方米。弦論要求宇宙是11維的,這11維究竟是些什麼維度呢?我們大家都知道的三維空間+一維時間+六維卡拉比-丘成桐空間+一維額外的隱藏維度,這樣宇宙就是11維的了。
在我們熟知的世界裡,我們只能看到三維,時間維我們就不說了,那其餘的維度都哪裡去了呢,弦論告訴我們,那些看不見的維度都蜷縮起來了,它們蜷縮在極其微小的尺度內。卡拉比-丘成桐空間是六維空間,但是它的大小只有質子的億萬分之一。卡拉比-丘成桐空間內部到底有多麼複雜,我們不知道,我們知道的是,如果這個理論是真實的,那麼它就廣泛的存在於任何一個角落,哪怕是我大手一揮,也穿過了無數個卡拉比-丘成桐空間,這時候來一個科幻一點的猜想,那就再恰當不過了,也許你的手掌穿過了無數個小宇宙呢。
在《三體》中,三體文明在製造智子時,展開了一個基本粒子,卻沒想到喚醒了內部的微觀宇宙文明——魔眼文明,對於魔眼文明來說,一個基本粒子的內部就是它們的宇宙,就是它們的全部,但對於我們來說,它只是渺小到不可見的微觀粒子,這種幻想剛好印證了題目。
我們在考慮微觀宇宙的時候,是不是應該在多考慮一下,我們所認為的宏觀宇宙會不會也是另一個宇宙的微觀組成部分呢,這樣的猜測在邏輯上是合理的。這樣的話,小沒有最小,大沒有最大,無限循環,這樣的宇宙實在是恐怖且複雜。為了避免陷入過度複雜的境地,我們只能放棄掉這種幻想,宇宙就是宇宙,宇宙只有這一個,沒有大宇宙、小宇宙、微宇宙之分,粒子就是粒子,無論它怎麼繼續再分,它依然是粒子,是物質的組成部分,而不是宇宙。
科學的探索是無止境的,如今的粒子對撞機無法實現我們的夙願,對於微觀粒子的研究好像已經止步了,只能寄希望於能級更高的新加速器了,如果再撞出來一種未知的粒子,說不定這就是一扇嶄新的大門。