宇宙的本質是什麼？弦理論簡說

2020-08-27 散落在巴黎街角


宇宙的真正本質是什麼？為回答這一問題,人類提出了各種描述世界的理論,我們檢驗這些理論並且得知哪些可以保留哪些應該拋棄,不過我們了解得越多,我們的理論就變得更加奇怪和複雜,以至於很難理解它們講的是什麼,比如弦理論,一項著名的頗受爭議的並且常常讓人誤解的關於萬物本質的理論,我們為何提出它？它是正確的嗎？或者，它應該被屏棄？要理解物質的真正本質,我們近距離觀察那些讓人驚嘆的事物,塵埃中的奇妙景觀,各種奇異的生物,複雜的蛋白質機器,這些都由分子結構組成,組成分子結構的是無數更小的東西：原子,我們曾以為它們就是物質的最小級別,直到我們把它們狠狠地撞在一起。


然後發現了無法再被進一步分割的東西：基本粒子,不過這裡有個問題,它們（基本粒子）太小了以至於我們沒法觀測它們,想想這個問題：「看」是什麼？要看一個東西，我們需要光，一種電磁波,這種波遇到物體表面然後被反射回來進入你的眼睛,這段波攜帶了大腦用於產生圖像的信息,所以你不與那個物體以某種方式進行接觸便無法看到它,看」便是接觸，是一個主動而非被動的過程,這點對於大多數物體來說不算問題,但是粒子非常非常非常小,小到我們用於「看」的電磁波對於它們來說都太大難以碰到它們了,可見光只能與它們擦肩而過,我們可以通過製造更多更短波長的電磁波來解決這個問題,但是波長越短意味著能量越高,當我們用一段攜帶了很高能量的波接觸一個粒子時,這段波會改變微粒。


也就是觀測本身就會影響結果,好,天日,所以我們沒辦法精確測量基本粒子,這個現象極為重要以至於有,這個現象極為重要以至於有一個名字：&34;,這是量子力學的基石,那麼一個粒子究竟是什麼樣的呢？它的本質又是什麼呢？如果我們很努力地去觀察,能觀察到模糊的一團,但不是粒子本身,我們僅僅知道它們存在在那裡,但要是只能到這個地步的話,我們怎麼對它們進行科學研究呢？和前人一樣，我們創立了一套新的理論,一種數學化的虛構,點粒子理論。


我們決定要假設一個粒子是空間中一點,任何電子都是一個帶有一定電荷和質量的點,並且不對電子做區分,這樣物理學家便可以定義和計算它們所有的交互作用,這被稱為「量子場論」，並且解決了不少問題,所有粒子物理的標準模型都是基於它而構建的,一它也很準確地預測了許多東西,它也很準確地預測了許多東西,比如一些電子的量子屬性已經被驗證過,且精確至0.0000000000002%,雖然粒子並不是點,通過假設它們是點,我們對宇宙有了很多的了解,這個理論不僅推動了科研,同樣也促成了許多我們日常用到的技術的誕生,不過有個大問題,重力,在量子力學中，所有的作用力都是由特定粒子產生的,但是根據愛因斯坦的廣義相對論,重力和宇宙中其他作用力不同。


如果宇宙是一場舞臺劇,粒子就像是演員,但是重力則是那個舞臺,簡單來說，重力是種幾何學,空間-時間的幾何學,所以我們對長度必須有精確的定義,但是由於在量子世界中沒有辦法進行準確的測量,我們的重力理論和量子力學之間有了衝突,當物理學家試著用創造新粒子來描述重力時,他們無法使用數學工具，這是個大問題,如果我們能把重力和量子力學以及標準模型結合到一起的話,我們就能有關於一切事物的理論,所以聰明絕頂的人提出了一個新理論,他們提出：比點更複雜的是什麼呢？條線或是一條弦,弦理論就此誕生,讓弦理論的精妙之處在於,它把許多基本粒子描述為弦的不同模式的振動,就像是小提琴弦的不同振動能演奏出不同音符一樣,一根「弦」能表示不同粒子。


最重要的是這也把重力包括進來了,弦理論可統一宇宙中所有的基礎作用力,這引起了人們極大的熱情和大量宣傳報導,弦理論很快成為了可能解釋一切的理論,不幸的是。弦理論自帶許多限制,許多涉及弦理論基礎的數學工具,在我們的傳統四維時空中並不適用,弦理論要在十維時空中才能成立,弦理論要在半維時空中才能成立,因此，弦理論學派在宇宙模型中進行了計算,並且試著剔除多出的六個維度從而對我們的宇宙進行描述,但是至今為止無人成功,並且弦理論沒有任何的預測在實驗中得到證明,所以弦理論並沒有揭示我們宇宙的本質,有的人會說：這樣看來弦理論完全一點用都沒有啊,科學的整體便是實驗驗證和猜想假設,如果我們沒法驗證，為什麼還要糾結於弦理論呢？這是我們如何使用弦理論的問題,二加二為四,不管你怎麼想，這都是正確的。


而數學在弦理論中確實發揮作用,這就是弦理論還有用的原因,假設你想要建造一艘遊輪，但你只有建造一艘手划船的圖紙,二者間有很多不同,引擎，材料以及規模,但是兩個東西在本質上是相同的,都是浮在水上的東西,所以通過研究手划船的圖紙,你最終也許能學到一些關於建造遊輪的知識,藉助弦理論,我們能試著解決困擾物理學家數十年的,量子力學中重力相關的一些問題,比如黑洞是怎麼一回事,或是黑洞信息驚論,弦理論也許能為我們指明正確方向,以這種想法來使用弦理論的話,它能變成理論物理學家寶貴的工具,並且幫助他們探索量子世界中的新奧秘和更棒的數學理論,並且幫助他們探索量子世界中的新奧秘和更棒的數學理論,所以說，也許弦理論並非解釋萬物的理論。


但正如點粒子理論一樣，它也許會是個非常有用的理論呢,雖然我們還不清楚物質的真正本質,我們將繼續提出新的理論去驗證並且弄清楚答案,希望某天我們會知道答案。

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