宇宙的琴弦.doc

宇宙的琴弦( 1) 2008-05-30 17:12 天地四方谓之宇, 古往今来曰为宙, 宇宙便是我们时常所说的时间空间, 宇宙中的万事万物在时空中生生息息, 幻起幻灭。当我们仰望苍穹, 凝视宇宙的时候, 我们不禁会陷入沉思: 宇宙到底是什么?到底由什么构成的?它看起来为什么如此宁静安详?但宇宙却把它这些神秘规律深深掩埋在黑暗中。经过一代代人的努力, 终于由牛顿带来了普罗米修斯火种, 即万有引力定律, 在黑暗中点亮了一丝曙光, 宇宙的一个大秘密被挖掘出来了。他指出我们的时空是平直的, 稳恒不变的, 宇宙中的一切物质都在这样的时空背景, 并在万有引力的牵引下运动。这样的时空观一直持续了两百多年,直到上世纪初才被爱因斯坦打破。 1905 , 1915 年,爱因斯坦分别创立了狭义相对论和广义相对论, 指出时空并非平直, 稳恒不变, 在不同的参考系下, 时间间隔和空间间隔是不同的, 时空的几何结构是由物质决定。这一开天辟地的想法触及到宇宙最深层的一个秘密: 时间空间也许不再基本, 因为它的结构可以被物理决定。这又引出了另一基本问题: 既然时空的几何结构可以由物理决定, 那时空的维数可不可以由物理来决定?我们的时空为什么是 4 维的,即3 维空间加一维时间? 广义相对论没法回答这个问题,因为广义相对论在任何维数下都成立,没法决定时空的维数。时光冉冉, 光阴似箭。爱因斯坦创立相对论之后几十年里, 都没有物理理论去触及这些问题,直到超弦理论的诞生。超弦理论是一种量子引力理论。当量子力学跟狭义相对论结合后,便得到了量子场论, 通过量子场论, 我们可以把引力之外的其他三种力, 即电磁力, 强作用力, 弱作用力都量子化。当我们用量子场论试图把引力也量子化时,却发现了不可消除的发散问题(其他 3种力量子化时,也有发散问题,但可消除) ,出现不可消除的发散就意味着理论不稳定,不自恰。第一波寻找量子引力理论的努力宣告失败。 1968 年出现了一种叫弦理论的物理理论,它的出现当时只是为了去解释一些强子对撞碰到的现象, 被当作一种强相互作用理论去看待。但这个理论有几个非常奇异的结果: 时空有 26维, 出现质量为负数的粒子, 出现了自璇为 2 的无质量粒子。这三个结果都直接跟试验矛盾。因此这理论没多少人关注。 1971 年人们给这个理论加了一个叫超对称的对称性, 弦理论变成了现在所叫得超弦理论, 在超弦理论中第一个问题出现了缓和, 时空只要 10维, 第二个问题被消除了,第三个问题依旧存在。 1974 年,人们对第三个问题重新审视,认为自璇为 2 的无质量粒子就是引力量子化后对应的粒子-- 引力子。于是超弦理论被重新定义了, 它是一种量子引力理论, 而不是以前认为的强相互作用力理论, 一种全新的量子引力理论宣告诞生! 超弦理论没有发散, 是一自恰的理论, 而且还能从物理上决定时空维数, 看似是一个不错的量子引力理论,但它随后的发展并非一马平川, 而是充满崎岖坎坷。( 未完,待续) 宇宙的琴弦( 2) 2008-05-31 15:10 超弦理论的思想很简单很优美,宇宙的本原以由弦构成的,这些弦不停的振荡,振荡出很多物质,其中质量为零的物质就包括我们现在的基本粒子,除了引力子外,还有电子, 夸克,光子,胶子等。这样看来超弦理论不单单能描述引力,还能描述规范力(电磁力,强作用力,弱作用