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弦理論的三個缺陷

生活 更新时间:2025-06-07 01:03:46

愛因斯坦有一次說

弦理論的三個缺陷(弦理論背後就是個簡單的物理學描述)1

,一項理論所做的物理學描述如果不能做到連小孩子都 能懂,那它可能就是個沒用的理論。僥幸的是,弦理論背後就是個簡單的物理學 描述,它的基礎是音樂。

根據弦理論,如果你有一架超級顯微鏡,可以用來窺探到電子的中心去,那 你所看到的不會是一個點狀的粒子

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,而是一根振動着的弦。

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,比質子要小十億個十億倍,由于這樣 小,所以所有的亞原子粒子看起來都像個點。)如果我們彈撥這根弦,它的振動 就會發生變化;其電子說不定會變成一個中微子。

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再彈撥一下,它說不定會變成 一個誇克。事實上,如果你用合适的力度來彈撥它,它會變成任何一種已知的亞 原子粒子。就是以這種方式,弦理論可以毫不費力地解釋為什麼有如此多的亞 原子粒子。在超弦上沒有别的,隻有可以彈撥出來的各種不同的“音符”。做一 個類比來說,在小提琴上,

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A調、B調或升C調都不是本質所在。隻要簡單地用 不同的方式彈撥這根弦,就可以發出音階中所有的音。比如,降B調并不比G 調更具什麼本質性。它們都隻不過是小提琴弦發出的音符而巳,别的什麼都不 是。同樣,電子和誇克都不是具有本質性的東西,弦才是本質性的東西。事實 上,宇宙中所有的亞粒子都可以被視為弦的各種不同振動,别的什麼都不是。弦上所發出的各種“和弦”就構成各種物理學定律。

弦可以通過拆分和再對接的方式進行相互作用,

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由此産生我們在原子中所 看到的電子和質子之間的相互作用。就這樣,通過弦理論,我們可以再現所有的 原子和核物理定律。可以寫在弦上的“旋律”相當于化學定律。現在,我們就可 以把整個宇宙看成一首氣勢恢弘的弦樂交響曲了。

弦理論不僅可以把量子理論中的粒子解釋為宇宙的音符,它也同樣可以解 釋愛因斯坦的相對論——它是弦的最低振動,零質量的自旋_2粒子可以被解釋 為引力子(gmviton),也就是引力的粒子或量子。如果我們計算一下這些引力子 的相互作用,我們發現它正是以量子形式表達的愛因斯坦的舊的引力論。随着 弦的移動、拆解和重組,它會對空間-時間造成巨大的約束力。當我們對這些約 束因素進行分析時,我們又一次發現了愛因斯坦原來的廣義相對論。

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這樣,弦理 論可以嚴絲合縫地解釋愛因斯坦的理論,沒有額外的工作要做。愛德華•威騰 (Edward Witten)說過,

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即使愛因斯坦沒有發現相對論,他的這個理論也還是有可 能被作為弦理論的一個副産品而被發現出來。廣義相對論從某種意義上來說可 以随手撿來。

弦理論的美,在于它可以比喻成音樂。音樂提供了一種比喻,我們既可以從 亞原子層面上,也可以從宏觀宇宙層面上用它來理解宇宙的性質。正如著名小 提琴家耶胡迪•梅紐因(Yelnuli Menuhin) —次寫道的那樣:“音樂是亂中求序 的,因為節奏在各行其是中加進了步調一緻;旋律使相互脫節的東西前後貫穿; 而和弦則從本不相同的東西中找出匹配。”

愛因斯坦也許會寫道,他對統一場論的探索最終會使他得以“解讀上帝的 心思”。如果弦理論是正确的,那麼我們現在已經看到,上帝的心思就是在10個 維度的超空間回響着的宇宙音樂。

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正如戈特弗裡德•萊布尼茨(Gottfried Leibniz)有一次說的:“音樂是靈魂所做的變相數學練習,連它自己都不知道正在 進行演算。”

曆史上,音樂與科學之間的聯系早在公元前5世紀就已經鑄就了,當時希臘 的畢達哥拉斯派(Pythagoreans)發現了和聲定律,

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并把這些定律簡化為數學。他 們發現,撥動七弦琴的琴弦所發出的音調與其長度相對應。如果把琴弦加長一 倍,則音調就會降低整整一個八度。如果把琴弦縮短三分之二,則音調就會改變 五度。這樣,音樂與和弦的定理可以簡化為精确的數字關系。難怪畢達哥拉斯 派的座右銘是“萬物皆是數字”。起初,他們對這項結果非常滿意,以至于大膽 地将這些和聲定理應用到整個宇宙。但由于物質是極其複雜的,他們的這種努 力失敗了。然而,從某種意義上,有了弦理論以後,物理學家們就圓了畢達哥拉 斯派的夢。

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