物理學界的真真假假,對相對論,量子力學,超弦,暗黑物質的聯想

2020-12-21 百家號

你是否懷疑過這個世界的真實性?或是電腦程式,或是外星人的玩物,又或者是虛無?我們的世界到底是什麼?時間真切存在嗎?一切物理定律是否只展現了世界的表層?關於這些,哲學家,宗教學家,社會學家,科學家等都進行了深刻的思考,然而探索永無止境,誰也不能給出最正確的答案。其中,波普爾是二十世紀一位對科學觀及科學方法影響深遠的哲學家,他對歸納論證的批評及提出證偽觀念,剛好是二十世紀物理學上最重要的幾個理論的寫照,一起來看看這個世界的有多少是真的。

牛頓力學及重力定律的成功,讓人類在數百年來驚嘆自己的成就及感覺自身在宇宙中的偉大。無數的實驗及生活經驗,從傳說中的蘋果落地到月亮繞地球運行,從旋轉木馬到宇航,無一不在印證牛頓的勝利。但歷史告訴我們,很多偉大理論的發現不是因為現有理論的一帆風順,而是發現現有理論有不可彌補的破綻( 例如跟其他理論不相容) 。我們可以透過光速和時空兩個例子去簡略看看狹義相對論、廣義相對論、量子力學、超弦理論及統一理論間千絲萬縷的關係。

光的速度當然是很快,這也是伽力略當年測量實驗失敗的主因。你有沒有想過只要自己速度比光還要快的時候,便可以把光( 或光子) 拿到手上!跟據牛頓運動定律,這是絕對可行。但這結論卻跟麥克斯韋的電磁理論不相容。個問題的解決者正是愛因斯坦,解決方法就是狹義相對論。而光速有一固定值而不隨運動源改變的觀念成為二十世紀初期驚天動地的一筆,沒有任何帶有訊息的東西可以超越光速。可是這一划時代的發現卻帶來另一項矛盾:它和牛頓重力學暗含的瞬時重力影響大相逕庭。解決方法?解鈴還須繫鈴人!就是愛因斯坦的廣義相對論。透過重力幾何化,利用時空彎曲的觀念,愛因斯坦完滿地處理了這個問題而同時革命性地改變人類對時空的看法。

量子力學被形容為人類眾多科學成就中最為精準的理論。縱使量子力學的解釋仍是懸而未決,但它的結果及預測等等的精確實在是毋庸置疑,我們只要環顧四周生活上的形形色色電子科技便知所言不虛。

可是廣義相對論及量子力學這兩門二十世紀人類輝煌的成就, 卻水火不容!一個可以描述最大的宇宙結構及一個可以描述最小的物質結構竟互不相容,而且按照它們目前被陳構的模式,決不可能兩者都正確。打從愛因斯坦下半生所致力的統一場論,到今天科學家繼成道統不斷尋找的萬有理論,是否已走入死胡同?超弦理論的提出正好為這死結展露一線曙光。超弦理論不單消弭廣義相對論及量子力學的不相容性,而且使這兩大理論互相依存,缺一不可。此外超弦理論也再次為我們的時空觀起了翻天覆地的革命。但這超玄的超弦,到底是一件21 世紀的產品,不小心掉進20 世紀,還是如楊振寧所相信的,它不是真正的貨色 。

在天文學及物理學的範疇,跟超弦的超玄性質相似的還有不少例子,暗黑能量就是近幾年的新主角。人們對暗黑能量的感想,就如同費曼對他在加州理工的同事嘗試解釋為何玻色子自旋為整數的粒子而費米子自旋為半整數的粒子時一樣。費曼最後的結論是:原來我們還是不知道這到底是什麼一回事!

自然界就是如此神秘及有趣,對我們這些熱愛思考及對宇宙有濃厚感情的人來說,天文學確實給了我們不少啟示,其中最重要的就是教我們知道自身的渺小但絕不自卑,知道人類的偉大但卻懂得謙虛。朋友們,你說是不是?歡迎評論自己獨到的見解

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