弦理论,终极宇宙理论?
弦方程,宇宙方程,万能理论的数学表达!
弦理论的创始人之一,畅销科普书作家、理论物理学家加来道雄教授为我们权威解读“弦理论”“弦方程”。包含“M-理论”的“弦方程”或为“宇宙方程”的最终形式,这项革命性的突破极可能将爱因斯坦的毕生梦想“万能理论”变为现实。
宇宙方程将所有自然力融合到一个美丽、宏伟的方程式,以解开科学中最深奥的谜团:大爆炸之前发生了什么?黑洞的另一边是什么?还有其他的宇宙和维度吗?时间旅行可能吗?我们为什么在这里?
“弦理论”“弦方程”统一万能理论,诺贝尔物理学奖获得者分列两派展开了激烈论战,这是继爱因斯坦与玻尔的量子论战后的最激烈论战——反对者认为弦理论暂不能实验证伪;支持者认为终极方程(宇宙方程)将揭示宇宙之谜,间接证据、真理的数学表达将改变我们对宇宙的理解。
我们的宇宙只是宇宙方程的众多有效解之一,是诸多平行宇宙之一,是一个特殊的不断膨胀着的宇宙,可使智慧生命得以存活。其他气泡宇宙由于自然时间尺度是普朗克时间,只在短暂的时间存在。
我们的宇宙最初起源于量子涨落,可能是十维的,但我们的原子太大(平滑空间)而无法进入那些尺寸更小的高维(起伏空间)。我们的宇宙似乎是封闭的,也许终会毁灭。我们的后代也许能用正能量打开虫洞,负能量稳定通道,掌握普朗克能量,带我们穿越时空,逃逸至超空间。
1 统一——古老的梦想
当人们凝视夜空的辉煌壮丽,被天空中灿烂的星星包围时,很容易被它纯粹的、令人窒息的威严淹没。而我们的关注转向了一些更神秘的问题:
宇宙有没有宏大的设计?
我们如何理解一个看似毫无意义的宇宙?
我们的存在是有韵律和有道理的,还是毫无意义?
我想起了斯蒂芬·克莱恩(Stephen Crane)的诗:
一个人对宇宙说:“先生,我存在!”
“然而,”宇宙说,“你的存在并没有让我产生责任和义务感。”
希腊人是第一批认真尝试整理我们周围混乱世界的人。像亚里士多德那样的哲学家认为,一切都可以归结为四种基本成分的混合物:土地、空气、火、水。但是,这四种基本成分是如何产生世界上的丰富多彩和复杂性的呢?
希腊人对这个问题至少给出了两个答案。第一个是哲学家德谟克利特(Democritus)提出的,甚至在亚里士多德之前。他认为一切都可以被简化为微小的、看不见的、不可摧毁的粒子,他称之为原子(希腊语意为“不可分割”)。然而,批评者指出,原子太小而无法观察,人们不能获得原子的直接证据。尔后,德谟克利特指出了令人信服的间接证据。
例如,想象一枚存放了多年时间的金戒指,戒指由于磨损,一些东西丢失了。每天,戒指上都有一些微小的物质脱落。因此,虽然原子是看不见的,但它们的存在可以间接测量。
即使今天,大多数的先进科学也得益于间接测量,太阳的组成、DNA的结构、宇宙的年龄都是通过间接测量得出。即使我们从未登上过恒星,从未进入过DNA分子,更未目睹过宇宙大爆炸,但我们仍然知道这一切。当我们尝试证明统一场论时,直接证据和间接证据之间的区别将变得至关重要。
第二个答案由伟大的数学家毕达哥拉斯首创。
毕达哥拉斯具有将数学描述应用于音乐等世俗现象的洞察力。据说,他注意到拨弦的声音和敲击金属棒发出的共鸣之间的相似处。他发现它们产生了以一定比率振动的音乐频率。因此,像音乐这样令人愉悦的事物起源于共振的数学。他认为,这可能表明,我们看到的周围物体的多样性必须遵守同样的数学规则。
因此,我们的世界至少有两个伟大的观点来自古希腊:其一,万物是由看不见的、不可摧毁的原子组成;其二,自然界的多样性可以用振动的数学来描述。
不幸的是,随着古典文明的衰落,关于这些观点的讨论和争论的资料没有留存下来。可能存在一个解释宇宙的观点这个概念被遗忘了近一千年。黑暗笼罩着西方世界,科学探究在很大程度上被迷信、魔法和巫术取代。
文艺复兴时期的重生
17世纪,一些伟大的科学家奋起挑战既定的秩序,研究宇宙的本质,但他们也面临了强烈的反对和迫害。约翰尼斯·开普勒是第一个将数学应用于行星运动的人,他是鲁道夫二世皇帝的帝国顾问,他在科学工作中并未遭遇迫害。
曾经做过僧侣的乔尔丹诺·布鲁诺(Giordano Bruno)就没那么幸运了。1600年,他因异端学说被审判并被判处死刑。他被塞住嘴,在罗马街头裸体游行,最后被烧死在火刑柱上。他的主要罪行是:宣称在环绕其他恒星的行星上可能存在生命。
伟大的伽利略,实验科学之父,几乎遭遇了同样的命运。但与布鲁诺不同的是,伽利略在死亡威胁面前撤回了自己的理论。尽管如此,他用他的望远镜留下了永久的遗产,这也许是所有科学中最具革命性的发明。用望远镜,你可以亲眼看到月球上坑坑洼洼的表面;金星的相位与其环绕太阳的轨道一致;木星有卫星。当时,所有这些都是异端思想。
可悲的是,他被软禁在家,与来访者隔绝,最终失明(据说,这是由于他曾用望远镜直视太阳),伽利略因绝望与心碎而亡。就在他去世的那年,一个婴儿在英国出生,他将完成伽利略和开普勒未完成的理论,给我们一个统一的天空理论。
目录
万能理论
1 统一——古老的梦想
2 爱因斯坦对统一的追求
3 量子的崛起
4 几乎万能的理论
5 黑色的宇宙
6 弦理论的崛起、希望和问题
7 寻找宇宙的意义
000 □注释