弦理論是否依然是萬物理論的有力角逐者?

答案是肯定的。然而實驗已經表明，弦理論至少有一部分是錯誤的。美國「信使」號水星探測器已經飛往水星，繞其軌道運行了幾年並進行了一些很有趣的測量。我們可以簡單地考慮這樣一個思想實驗：假如太陽質量會變化的話，世界將會變成什麼模樣？而事實上，太陽質量也確實是在變化。

眾所周知，太陽是一個核聚變反應堆，太陽中的氫元素通過聚變反應轉化為氦元素，在這個過程中，太陽會損失一部分質量（大約是每秒損失四百萬噸，當然，與太陽的總質量2×10^27 t相比的話，這些損失的質量根本不算什麼，但太陽質量確實是在減少），那這些損失的質量到哪裡去了呢？答案是它變成了能量。因為引力場與質量是密切相關的，而太陽正在通過向外輻射的方式減少質量，因此太陽的引力場其實也在改變。

你如果想測量出引力場的這些變化，只需要一個十分精密的測量儀器就足夠了。但太陽輻射只是太陽質量減少的一個原因，還有一個原因就是太陽風。太陽風通過從日冕向外拋射等離子體帶電粒子流也會損失一部分質量。因為太陽質量的減少，太陽和水星之間的引力動力學就必定會隨時間改變。

如前所述，要想測量出太陽和水星之間的引力動力學的微小變化，你同樣只需要一個十分精密的測量儀器就足夠。當然了，你所測量得出的結果也必定是和弦理論的預言相符合的。我們現在已經確切地知道太陽質量會改變這一事實，太陽質量的改變不僅會導致前面所提到的太陽引力場和太陽和水星之間的引力動力學的變化，還有一個顯而易見的變化就是水星軌道的必然改變。這也是「信使」號水星探測器所要測量的。水星軌道變化還有我們太陽內部的核聚變過程都依賴於一個常量，即引力常量G。

根據大統一場理論，例如超弦理論，引力常量G應該隨著時間的推移而逐漸改變。「信使」號水星探測器利用廣義相對論作為工具來探測引力常量G的這種微小變化。廣義相對論預言，質量能使時空發生彎曲，這就意味著，穿行於時空之中的電磁輻射必然會彎曲進入到這樣的一個時空凹地（即彎曲的時空），當電磁輻射在彎曲時空之中穿行了一段距離後又會穿行出來，再繼續進行直線傳播。

但是，先讓我們來作個假設，假如我們把在電磁輻射傳播路線中存在的質量統統移走，結果會如何呢？我們知道，假如沒有質量的話，時空就是平坦的，那麼在平坦的時空之中傳播的電磁輻射自然就應該按直線路線行駛。兩相對比，我們很容易發現這樣的事實，即相比於電磁輻射在彎曲時空中進行曲線傳播而言，在平坦的時空之中進行直線傳播的電磁輻射所花的時間明顯更短。

因此，分別按照這兩種方式（即傳播過程中有無質量）傳播的電磁輻射其傳播時間是不同的，並且很顯然，傳播時間更長的輻射是由於質量的存在而導致了傳播時間的延遲。因為「信使」號水星探測器是一個不斷發送信號的數字發射器，因此我們便可以在地球上接收、處理、分析這些傳向地球的數據，並作出某些與延遲時間有關的剖面圖，進而可以測量出我們太陽系內時空的逐漸變化。

比如，我們發現，由於太陽質量的不斷損失，地球正以每年1.5 cm的速度遠離太陽。聽起來是不是感到有些瘋狂或是不可思議？「信使」號水星探測器進行了為期7年的測量，並且確實有了某些發現，除了對水星軌道進行的精確測量外，還發現了在這7年之中，通過對引力常量G非常精確的測量，結果表明引力常量G完全沒有發生變化。

雷達回波時間延遲

圖解：廣義相對論認為光子靠近引力場時，就會發生時間延遲效應。光線軌跡在引力場中彎曲， 使得其路徑延長。這種彎曲現象可以等價地看成是一種折射，相當於有效光速減慢，因此從空間某一點發出的信號，如果途經太陽附近，到達地球的時間將有所延遲。這一想法首先由美國物理學家夏比洛(Shapiro)於1964年提出，由此來檢驗廣義相對論是否正確。 從地球向行星發射雷達信號，接收行星反射的信號，測量信號往返的時間。

如果太陽正好處於行星和地球的連線，那麼信號往返時間較沒有太陽的情況變長。如此，可以檢驗空間是否發生了彎曲，是否有時間延遲。 1960年代美國物理學家克服重重困難，完成了有關實驗。 研究小組先後對水星、金星與火星進行了雷達實驗，證明雷達回波確有延遲現象，太陽質量導致的雷達波往返的時間延遲將達到200毫秒左右， 結果與廣義相對論預言相符。

圖源：百度

到現在為止，尚沒有任何儀器測量得到的引力常量G值可以和「信使」號水星探測器的測量結果相媲美。當然了，我們可以說「信使」號水星探測器7年的測量時間並不長。確實如此。但是，如果在這7年時間之中經測量得出了非常精確的結果，那麼你自然可以根據這些結果而向前推到更長的時間。如此你就會發現，引力常量G這一自然常量，其波動範圍非常、非常之小。

我們必須說一句，所有試圖驗證自然常量到底是不是恆定不變的那些實驗，無一例外地，其實驗結果都是肯定的，即所有的自然常量確實就是恆定不變的常量。這一結果是如何得到的呢？當你深深地凝視著天空，你其實是在凝視著這樣的天體：它距離你非常遙遠，你此時所看到的星光是它在百萬、千萬甚至億萬年前就發出來了的。

從你所凝視的這些星光的輻射性質，我們可以了解到很多東西，比如，在天體正準備開始發出星光的時候，其原子內部的輻射過程究竟如何？要知道這些輻射過程可是產生了我們如今所測量的輻射。自然界中變量是有很多的，但是，所有實驗都表明,在我們可能的測量範圍之內,自然常量是恆定不變的。你甚至可以嘗試在實驗室中通過對輻射光譜萬分精確的測量來驗證它。

圖解：引力常量G 圖源：百度

如今，這項工作也可以利用雷射非常精確地完成，而這些雷射實驗也同樣表明，自然常量看來確實是絕對恆定不變的。這樣的結果對於那些預言自然常量的非恆性的理論是一個災難性的打擊。當然，對於那些理論來講，這是很遺憾的。但或許我們應該提醒自己的是，不是理論決定著真理，而是實驗決定真理。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. quora-歌者

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