超弦理論：顛覆一切的超級理論

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物理學的兩大基石

現代物理學的兩大基石：量子論與廣義相對論中，量子論是用來解釋微觀世界的理論，它可以用來描述光子、電子等基本粒子是如何運動，以及它們是與什麼樣的力發生交互作用。可以這樣說：量子論的法則支配著微觀世界的原子和基本粒子的行為。例如電子對之間的相互排斥行為是由於電磁力所造成的，而且是電子對之間相互交換了光子的過程。

而另一個理論：廣義相對論，則是一門有關於時空和引力的理論。根據廣義相對論：帶有質量的天體，周圍的時空會被彎曲。據此可以推斷：太陽對行星的吸引力，以及宇宙中天體的引力現象，都是時空彎曲所造成的。

通過廣義相對論，我們也可以利用廣義相對論對天體的軌道進行精準地預言。所以說：在宇宙空間這樣的宏觀空間中，是廣義相對論支配著天體的運行。

然而，即便這兩大基石都以一個又一個的事實支配著我們的世界觀，宇宙觀，更是將人們對這個世界的改造能力提高到了前所未有的高度，然而這兩大理論卻面臨著自身難以彌補的缺點，並且兩者也無法融合。

兩大基石的短板

對於廣義相對論學者來說：它的適用範圍是類似天體這樣宏大尺度下的引力現象，但是對於比原子核還小得多的微觀世界中的引力現象卻沒辦法解釋的。

另外在理論上，基於量子論的我們可以處理微觀世界的引力問題，但是目前物理學家卻仍然沒有找到成功的解決方法去解釋其引力問題。幸好，原子和基本粒子問題中的引力作用非常微弱，所以基本上可以忽略不計，它並不會造成太大的影響。

然而忽略不計，並不代表它並不存在，而假如放任這種現象，說句誇張的話：人類將止步不前，永遠困在牢籠中，而原因是即便是在微觀世界中，當大量的物質非常緊密地聚集在非常小的空間中，引力就會顯得非常重要。有人可能會說：這種情況根本不可能發生，或者現在也找不到這一個例子。

然而這樣想就大錯特錯了。在科學家眼裡就有個十分經典的例子，那就是宇宙誕生的瞬間，也就是宇宙大爆炸。可以說：解決了上述的問題，那麼對於宇宙剛剛誕生瞬間的10^-43 秒內所發生的真相就邁進了一大步。

為了更好地了解宇宙的創生與演化，特別是從更加本質的層面上探究微觀世界的奧秘，以及微觀如何造就了宏觀等等一系列的謎團，新的理論就呼之欲出了，它便是超弦理論。那在超弦理論被提出之前，有什麼理論是其先驅理論，或者說是指導理論呢？

萬物皆由原子組成

1803年，英國科學家約翰-道爾頓提出了萬物皆由原子組成的學說，馬上顛覆了當時人們的世界觀：原來世間的萬物，看似紛繁複雜，實際上本質上卻是一樣的：它們都是由無數的原子組成，而原子之下，再不可分。這便是超弦理論早期的原型。

約翰-道爾頓

基本粒子

然而，即便擁有這樣的，顛覆當時人們三觀的學說，隨著時間的推移，科學的進步特別是微觀探測手段的進步，越來越多的比原子還小的微觀粒子出現在了理論模型中，並且被一次次地成功驗證。

現代物理學中，這些基本粒子便是自然界中最小的零件，它們都被認為是一些沒有大小的點。如果把所有類型的夸克都看作是一種類型的話，那麼人類已知的基本粒子是20餘種，其中就包括我們熟悉的電子、光子、中微子、夸克、希格斯玻色子等。

當然，科學家也不滿足於此，他們堅信一定還有許多尚未被發現的基本粒子，它們一起構成了紛雜的微觀世界。而其中它們的關係，假如展示在我們眼前，或許都讓我們無法理解。

新的託勒密模型？

雖然說這些微觀粒子已經可以很好地解釋微觀世界中的性質和現象了，但是不少科學家卻又會發出疑惑：這會不會又是一個託勒密式的模型呢？新的套娃結構，會不會再次把人類的認知逼入絕境呢？世界真的就如此複雜嗎？

託勒密定理

超弦理論的誕生

自然科學的一大理想，就是用儘可能少的要素去解釋儘可能多的現象，而基本粒子作為世間最小的組成要素，它的種類似乎太多了，所以這樣的現象驅動著人類去尋找新的更為基本的構成單元。就是在這樣的背景下，超弦理論登上了歷史舞臺。

超弦理論認為：組成自然界所有物體的最小零件就是「弦」，無論是任何事物，人體、木頭亦或者是太陽等恆星，它們都是由無數個弦所組成的。而弦是沒辦法描述的，我們只可以將其看作是只有長度，卻沒有寬度的物體。由於這個原因，超弦理論就被譽為「萬有理論」或者「終極理論」。

如若這個理論是正確的，那麼自然界中的所有現象便都是無數根弦所碰撞、粘合、展開並由一定的頻率震動所造成的。根據超弦理論：無論是什麼基本粒子，被放大後都會被表現為相同的弦，這比當年道爾頓的原子論更為徹底，直接將世間萬物的組成零件總結為一根簡簡單單的弦，而不再是有著種類區別的原子。

不同的粒子對應著弦的不同振動頻率。可以說假如破解了這些頻率，那麼解開世界一切的謎團，或許就不困難了。然而現實情況中，由於弦的振動尺度太小，以至於我們無法觀測，所以才會在我們眼中產生了存在著許多種不同基本粒子的表象。

超弦理論的具體問題

弦到底有多大？這個問題恐怕還沒有人能夠說得清，但不容置疑的是：弦一定小得超出了人類的想像，無論我們使用什麼樣的顯微鏡或者是其他設備， 我們都無法捕捉到弦的身影。

理論上預測：弦的長度小於10^-34米，這種大小對於原子核來說是非常之小了。而且科學家預測：弦的形狀有兩種：一種是像橡皮圈那樣的「閉弦」，而另外一種則是將橡皮圈從某處剪開的「開弦」。閉弦沒有端點，而開弦則有端點。

實際上，這兩種弦在本質上沒有實質區別，只要把開弦的兩端連接起來就形成了閉弦，將閉弦剪開就成了開弦。

弦的振動速度是多少？弦最顯著的特徵就是它會不停地振動，其振動之快，超出了我們的想像。小提琴的琴弦振動頻率是十分之快，每秒達到幾百次，人的肉眼都無法識別範圍，但是對比起超弦理論中的弦可是非常之慢了。理論中，超弦理論的弦的振動頻率可以達到10^42 次/秒。

這個數字並不是亂寫的，這是因為弦的振動速度之快，達到了自然界中的最快速度：光速。

而另一個問題，則是弦是通過何種方式振動，組成基本粒子的？對於這一點，所有的結論還只是處於理論猜測階段，不過科學家相信：我們距離真實已經越來越近了。

超弦理論下顛覆的微觀世界

根據超弦理論：光子是一種以最簡單的方式振動的開弦，不振動的節點只有一個，以中間不動的節點為中心，兩端做急速振動。

目前尚處於假象階段的，傳播引力相互作用的引力子則是一種以最簡單的方式振動的閉弦，不振動的節點有兩個，就好像是打稻機的滾筒一樣。

天體之間是依靠著引力相互吸引的，而根據超弦理論：引力就可以是天體之間交換閉弦所產生的。

當然了，既然不同的振動模式對應著不同的基本粒子，那麼有沒有一些振動模式所預言的粒子，也就是可以被人們通過自己的方式所想像出來的振動方式的粒子，我們還沒有找到呢？當然有。

比如說：存在兩個或者三個節點的開弦振動，這兩種模式都對應著大質量的粒子，而這樣的粒子，我們還沒有發現。

同樣的：存在4個或者6個節點的閉弦的振動，這種模式也對應著尚未被發現的大質量粒子。

其實我們可以看出來：無論是開弦還是閉弦，它的振動模式都是無數種，弦所要做的只是增加它的節點數目就行了。所以說既然弦的振動模式是無數的，那麼就意味著：基本粒子的形式也是無數種的。一般認為：那些沒有被發現的粒子，它們都是非常重的粒子。

超弦理論下顛覆的宏觀世界

除了對基本粒子數量的預測顛覆了我們對微觀世界的認知外，超弦理論也從根本上粉碎了我們的宏觀世界，這便是多維世界的假說。

根據超弦理論計算的結果顯示，這個世界的空間並不是三維的，而是9維的。

維度對於大家來已經很清楚了，比如一個人，他可以在長寬高三個方向上運動，這就是我們平日生活的三維空間。但是在超弦理論中，除了長寬高三個維度以外，還有6個隱藏的維度，由於它們蜷縮得非常小，所以我們是看不到的。其實這點不難理解，舉個例子，大家就明白了。

比如我們走在地毯上，相對於大尺度的我們來說，我們就可以把地毯試做2維的，但是地毯真的是2維的嗎？顯然不是，因為它還有很小的蜷曲起來的第三個維度。對於地毯上的跳蚤來說， 它可以在地毯線的長寬高三個方向上運動，所以在跳蚤眼中，地毯無疑是三維的。

對於上述的情況來說：線蜷曲的方向對於人類來說就是一個隱藏的維度，而且這個線是在地毯上的每一個地方都存在的，我們沒有發覺，並不代表它不存在，對於超弦理論來說也是如此，超出我們所認識的三維維度的其他維度，可能是由於它們蜷曲得非常小，小到和弦的長度差不多，所以對於我們來說，這些維度就是隱藏起來的，我們也就和走在地毯上一樣是感覺不到另外6個維度的存在。

然而即便超弦理論是正確的，這6個維度也是真實存在的，它也不會對現今的物理學實驗結果，或是對我們的日常生活中的現象產生什麼無可挽回的矛盾。