物理前沿弦理論：世界是一枚虛幻跳動的音符？

什麼是弦理論呢？

親，不要著急，先來看看組成我們世界的物質是什麼？物質是這個世紀的科學感到最困難、最難解決和最難理解的概念。

跟我學物理網賈蘭華老師說：以牛頓力學為基礎的經典物理學來看物質，繼承了古代原子論的觀點，把物質歸結為具有某些絕對不變屬性的質點的集合。如我們中學物理課本上把質量定義為「物質多少」的量度，就是因為在任何機械運動過程中，乃至在化學反應中，質量始終如一。質量被理所當然地看成是物質本身所絕對固有的，被看成物質不滅或實體不變原理的具體表現，以牛頓力學為代表的經典物理學在十九世紀末所取得的巨大成功。

然而，二十世紀愛因斯坦發明的相對論開始揭示出了物質的實體觀的謬誤。首先，相對論證明質量與速度有關，同一個物體，相對於不同的參考系，其質量就有不同的值，當物體速度接近光速時，物體的質量接近無窮大。愛因斯坦還證明質量與能量存在著聯繫，提出了著名的質能方程：能量等於質量乘以光速的平方。不久後，科學家們發現了核裂變和鏈式反應，把部分質量變成巨大能量釋放出來。現在知道原子彈的人，都相信質量可以轉化成能量。

那麼物質到底是什麼呢？科學家對物質結構的認識也迅速深入發展。在本世紀30年代以前，經典物理學一直認為：物質是由分子構成的，分子是由原子構成的。原子是組成物質的最小「磚塊」。1932年，科學家經過研究證實：原子是由電子、中子和質子組成的。1964年，美國物理學家馬雷。蓋爾曼大膽地提出新理論：質子和中子並非是最基本的顆粒，它們是由一種更微小的東西——夸克構成的。為了尋找夸克，全世界優秀的物理學家奮鬥了20年，雖然一些實驗現象證實了夸克的存在，然而單個的夸克至今未找到，人們始終不識廬山真面目。對此，粒子學家們的解釋是：夸克是極不穩定的、壽命極短的粒子，它只能在束縛態內穩定存在，而不能單個存在。不僅如此，迄今人們所知道的300多種基本粒子中，除少數壽命特別長的穩定粒子（如光子、中微子、電子和質子）外，其它都是瞬息即逝的，也就是說，它們往往在誕生的瞬間就已夭折。

為什麼絕大多數基本粒子都如此短命？如何理解我們的物質世界就是建立在這些瞬息即逝的「磚塊」上？為了解釋物質的構成，在二十世紀的後期，物理學的一個前沿領域-弦論的發展又使我們對物質的看法更進了一步。

什麼是「弦論」呢？

弦理論把宇宙看作是由「弦」組成的大海，而我們看到基本粒子，如電子、光子、中微子和夸克等等，都是宇宙弦的不同振動模式或振動激發態。正如小提琴弦的一個頻率對應於一個音階，而宇宙弦的不同頻率的振動對應於不同的質量和能量，即不同的粒子。

弦理論能很好說明質量不再是不變的屬性，物質與能量為什麼可以相互轉化，因為在弦理論中，物質也就是能量，不再被看作是實體。如果把宇宙看做弦，而我們的世界就是弦奏出的交響樂。

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