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愛因斯坦最後思考的問題


愛因斯坦最後思考的問題



1955年4月17日,愛因斯坦從普林斯頓醫院的病榻上坐起來,開始了他一生的最後一次計算。幾個小時以後,20世紀最偉大的科學家去世了。他的床邊放著他最後的、也是失敗的一項努力,即創造自己的「統一場理論」一一對於宇宙中所有已知力量的一項單一的、條理清晰的解釋。


愛因斯坦最後思考的問題



更加糟糕的是,在愛因斯坦忙於解決自己的統一場理論的同時,人們發現了兩種更基本的力——把原子核相互連接起來的所謂的核強力,以及造成放射性的核弱力。這兩種力可以用「信使」粒子傳導的理論來完美解釋——而這與愛因斯坦對引力的看法大相徑庭。當時愛因斯坦尋求這樣一項理論已經有30多年,但卻沒有獲得成功。在當時,與任何物理學家前輩相比,愛因斯坦都更加具備把引力和電磁統一起來所需的信念與智慧,但是他很快就發現,這一難題比他想像的要難得多。第一個重大障礙是找到一條把廣義相對論和麥克斯韋的方式結合成為一個統一模式的途徑。根據廣義相對論,引力是我們周圍的空間與時間的結構本身扭曲的結果,與此形成對照,麥克斯韋的方程則把電磁力看作一種穿越四維領域流動的「力場」。



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1973年,美國哈佛大學的格拉肖發現了把電磁力、核弱力和核強力統一起來的一個數學公式。它稱為「大一統場理論」(CUT),開闢了有關自然界的基本作用力的廣闊視野,認為所有這三種力都曾經是一種在大爆炸剛剛結束的時候統治著宇宙的單一的「超力」的一部分,隨著宇宙冷卻下來,它們分裂開來,從而創造了我們今天所看到的宇宙。


一些理論家當時已經嘗試了利用量子場理論讓引力參加進來。但是像愛因斯坦一樣,他們也都遇到了嚴重的數學問題。


1984年,美國加利福尼亞理工學院的約翰-施瓦茨和英國倫敦大學的米歇爾-格林等理論家的成果使同行震驚,他們宣布能夠把引力與其他的力統一起來,而又不會遇到通常的問題。惟一的條件是,粒子不再被看作僅僅是點,而是稱為超弦的極小的物體。這些像線一樣的物體要比原子核小得多,它們還必須擁有超對稱性(因而成為「超弦」),並且存在於10維之中。



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這是一個驚人的斷言,促使大批理論家紛紛對超弦進行進一步的研究。然而到上世紀80年代末為止,理論物理學家們捉出的超弦理論卻足足有5種,而且沒有任何方法能夠在它們之間做出明確選擇。超弦似乎僅僅是某種更加宏大的東西的一個影子。



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1995年,普林斯頓大學高級研究所的超弦理論家愛德華-威滕指出,所有5種超弦理論僅僅是對一項單一的、凌駕於一切之上的理念的粗略的描述,他稱之為M理論,「M」代表「膜」,5種超弦理論就僅僅成為11維的膜的多維的「邊緣」而已。這11維當中除了4維以外全都捲曲得很小,以致我們無法看到。


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這實在是一項驚人的成就,但尚未完結。究竟M理論11維當中除了4維之外的所有維是如何捲曲到小得看不見?為什麼會是如此?它們是可以通過試驗察覺的嗎?力和粒子之間優美的統一性為什麼如此難以發現?


作者:林川水 / 來源:大科技

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