在過去的時間裡,我們已經能用量子力學和廣義相對論預言很多物理方面的事情。從微小的原子、分子領域到廣袤的星系、星系團,我們都能用這兩種理論工具言之一二,這也確實是很了不起的。
不過隨著時間轉到21世紀,越來越多的實驗證明了,無論是量子力學還是廣義相對論都沒能達到最深層的認識。在物理領域,我們使用的理論一般也只有一種:要麼是量子力學,要麼是廣義相對論。當然也有例外的情況——黑洞的奇點,也只有這種極其特殊的環境下才可能同時用到兩種理論。但它們的確是水火不容的,至少它們相互的方程式沒辦法配合在一起,更多的時候是沒辦法得出有意義答案的。
雖然沒有辦法把廣義相對論和量子力學的概念結合起來,但聰明的科學家發現,狹義相對論卻對量子力學的框架至關重要,至少狹義相對論與量子力學一樣都在微觀世界下了不少功夫。為了能把狹義相對論與量子力學結合起來,科學家先把它們的力氣集中在電磁力與物質的相互作用上,最後他們建立了量子電動力學。
它可能真的包含兩種不同的概念,量子的不確定觀點從一開始就融合其中,狹義相對論也是。不過大多數人可能對量子都沒有一個清晰的認識,我們可以想像一個畫面:多不勝數的粒子形成力線穿過空間,它們不停地在空間來回波動,形成一扇絢麗的圖像。
所以廣義相對論考量的只是宏觀的天文角度,想要把它和量子力學結合,我們必須先從微觀世界下手。但這又很矛盾,廣義相對論的空間概念已經被微觀尺度的量子世界徹底破壞了。對量子力學而言,概率以及不確定性就是它的特徵,但愛因斯坦卻認為這是不可理喻的,所以它們之間也是針鋒相對的。
為了能讓二者平和的協調,科學家做出的努力不下數十次,但每次都只是要麼修正相對論,要麼就只能對量子力學進行調整。雖然每一次的努力都令人欽佩,但結果卻還是一次又一次的失敗。終於,超弦理論以一種平和的姿態進入了我們的視線。
至於超弦理論是什麼,簡單來說它是修正了微觀世界和宏觀世界的介質,也是使廣義相對論和量子力學完全相容的一把鑰匙。根據超弦理論,宇宙的基本構成要素就不再是粒子,而是一根根仿佛橡皮筋的線。雖然稱為「弦」,但構成方式更奇妙,它被認為是構成原子的更小結構。
雖然弦小的可憐,但如果作為代替粒子的基本單位卻再好不過:首先超弦理論解決了廣義相對論和量子力學的矛盾。無論是微小的原子還是巨大的恆星,弦連在一起以一種「彈奏」的方式演出一場盛大的旋律。在超弦理論中,弦被彈奏一次可能就是一顆氧原子,再換個方式彈奏可能就是氫原子了。如果以這種方式來說,超弦理論似乎真的可以完成一場名為宇宙的奏曲。
當然,以上只是超弦理論最淺顯的原理。欲知後事如何,還要看下回分解!
弦理論已死?一個包羅萬象理論,奏出物質之音