我覺得我們今天正在構造一個比以往任何東西都要深刻的理論——弦理論學家。
每當我們在通往尋找宇宙終極理論的路上,總是會發現我們學到的不過只是茫茫大海中的第一步。這告訴我們每次自以為了解大自然的一切時,它還總藏著一些驚奇用來帶給我們否定自己的震撼。儘管目前弦理論被稱為可能上的「大一統」理論,但它現在的地位還是很低。不過也沒有什麼關係,就像文章開頭的那一句話,至少弦理論學家信心滿滿,這就足夠了。
弦理論之前
廣義相對論和量子力學之間的水火不容。
簡單講一下,現代物理學最具代表性的還是兩大理論,它們分別是廣義相對論和量子力學。廣義相對論是用於廣袤的宏觀宇宙層次的理論,如解釋恆星、行星甚至黑洞等各類天體。量子力學解釋的都是我們看不到的微觀世界,如分子和原子。
這兩種理論一直都不互通,從沒有聽說過可以用廣義相對論解釋一顆原子,或是運用量子力學分析了一顆星球。就這樣,物理學界一直都沒有一個可以直接解釋萬物的理論,也可以說我們還沒有發現這種理論。
弦理論是什麼?
通過這個理論,我們可以認為弦理論中的弦就是世界上最小的構成單位。
與這兩大理論都不同,在弦理論下,組成這個世界的最基本物質不再是那些粒子,而是比粒子更小的東西——弦。至於弦名稱的由來,我們可以想像一下它就類似小提琴中的琴弦,只不過小提琴的琴弦振動只會發出聲音。而弦理論的弦振動起來,就會變成我們所見到的世間萬物。
最小單位的不同組合方式,將決定會產生怎樣的物質。
這其實是一個比較複雜的構想,因為弦是最小的單位,所以想要解釋清很麻煩。舉個例子,成百上千個不同方式振動的弦才可能是一顆氧原子。弦再換一種振動方式,可能就是一顆氫原子了。這樣看來,即使是大到太陽那樣的天體,也都只是弦的不同振動方式構成的。我們稱弦理論可以解釋萬物,仿佛也說得過去。
弦的基本原理又是什麼?
愛因斯坦花費了大量時間證明了,相對論的基礎,就是常速運動的觀測者之間的對稱性,而將這些聯繫在一起的就是引力。從這一觀點看,宇宙的規律認為所有觀測者的觀點都是平等的,還沒有什麼物體在不通過引力就可以存在——也就是所有物質都需要遵循等效原理,或者我們可以說它要保證對稱性。
弦理論可以讓我們走進更深的謎底,因為弦理論講的就是一切都是從它的結構中湧現的。在弦理論的背景下,這些對稱都是結果,雖然它們的重要性是肯定的,但總歸是一個更偉大理論中的一部分。
以上解釋了這麼多,表達的其實都是一個意思,弦理論中的弦就是最基本的。但就算是偉大的愛因斯坦,他的相對論也經歷過一次次的批評,才到了如今的地位。現在的弦理論有點像當時迷茫中的愛因斯坦,還沒有辦法將所有的特徵都納入這個統一的理論體系。不過誰也不能保證沒有這樣一個基本原理,眼見著不可能轉變為可能,這可太令人感到有趣了。