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廣義相對論認為時空是彎曲的,彎曲時空是萬有引力的起源。將這兩個理論結合就可以導出時空本身也是每時每刻都在經曆著量子的起伏漲落。在大多數情況下,這些漲落是很小很小的,但在一些極端情況下,比如說在極短距離下、在黑洞的視界附近,在**aozha的初始時刻等等,這些量子漲落將變得非常重要。在這些情況下,我們現有的理論(量子力學和廣義相對論)是不適用的,隻能得到一些結果為無窮大荒謬結論。很顯然,我們需要一個更完備的理論。
令人驚訝的是,從粒子物理學中發展起來的弦理論提供了這一問題的答案。在弦理論中,由於弦的延展性(一維而不是一個點),引力和光滑的時空觀念在比弦尺度還小的距離下失去了意義,時空量子泡沬由“弦幾何”代替了。用弦理論已經解決了有關黑洞量子力學問題的一些疑難。如何用弦理論來說明宇宙**aozha的初始起點仍然是一個冇有解決的大問題。
我們是否生活在11維時空:宇宙學告訴我們,我們肉眼看到的三個空間維數正在膨脹,由此可以推測它們曾經是很小和高度彎曲的。一個自然的可能性是;也許存在與我們觀測到的三個空間維數垂直的其它空間維數,這些額外空間維數曾經是但仍然是很小和高度彎曲的。如果這些維數的尺度是夠小,以我們現有的觀測手段仍不是以直接推測到,但是這些維數仍將以許多間接的效應表現出來。
特彆地,這是一個強有力的統一觀念:在低維中觀測到的不同粒子也可能是同一種粒子,在額外維數空間中,它們都是同一粒子不同方向的運動的表現。實際上,額外維數還是弦理論不可分割的一部分:弦理論的數學方程要求空間是9維的,再加上時間維度總共是10維時空。更進一步的研究表明,由m理論給出的更完全的認識揭示了弦理論的第10維空間方向,因此理論的最大維數是11維。
最近的一些發展還提出了我們也許生活在低維的膜上麵,但是引力仍然是10維的,為了得到現實的3維引力,可以通過引入“影子膜”或者randall-sundrum機製。randall-sundrum機製是一種束縛引力的新方法,這時,額外維度可以不是很小很小的。通過觀測小距離情況下引力對平方反比定律的偏離,或者是在粒子加速上或者是通過超新星爆發中產生的粒子散射進入額外維度因而看起來象消失一樣等等奇怪的現象,也許我們就有能力探測到這些額外維度。弦理論不僅大大地拓展了人們的思維空間,將大大地拓展人們的活動空間。
趣聞相關:物理學是否有可能走另一條路,雖然麵貌完全不同,但卻能夠解釋所有的實驗?我不知道,但是我覺得這是個很有意思的問題。從數據和數學邏輯出發,有多少我們認為基本的東西是唯一可能的結論?又有多少可以有其他可能性,而我們不過是恰恰發現了其中之一而已?在彆的星球上的生物會不會有與我們完全不同的物理定律,而那裡的物理學與我們一樣成功?
終極理論(theory
of
everything)是物理學中試圖統一自然界四種基本相互作用力(引力、電磁力、強核力與弱核力)的理論框架,又稱萬物理論。該理論通過單一數學模型整合量子力學與廣義相對論,旨在解釋宇宙基本物理常數的精密調諧問題。
其發展曆程可追溯至1831年法拉第發現電磁統一性,1861年麥克斯韋建立電磁統一理論。愛因斯坦自1915年起研究統一場論未果。二十世紀六十年代,溫伯格等人提出電弱統一理論,二十世紀七十年代,格拉肖構建大統一理論(gut)。1984年施瓦茨和格林提出超弦理論,1995年維頓擴展為包含11維空間的m理論,被視為實現統一的理論候選。霍金認為m理論受限於數學不可證性與哥德爾不完備定理。
現代物理學界存在多種理論候選,除m理論外還包括標準模型(未涵蓋引力)和中國科學院提出的大道模型(通過存在場統一電磁力與引力)。標準模型需至少18個獨立參數且無法解釋暗物質等問題。
愛因斯坦最後問題:1955年4月17日是星期日,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”——對於宇宙中所有已知力量的一項單一的、條理清晰的解釋。
當時愛因斯坦尋求這樣一項理論已經有30多年,但卻冇有獲得成功。在他去世以後將近半個世紀的今天,他的夢想可能即將成為現實。世界上的一些最傑出的理論物理學家認為,他們瞥見了一項宏大的理論,其涵蓋範圍甚至遠遠超出愛因斯坦的想象。
尋根溯源:該理論宏大的稱號和更加宏大的目標,掩蓋了其在1831年夏季在一個維多利亞女王時代的實驗室中的起源。當時在倫敦的皇家學會,偉大的英國物理學家邁克爾·法拉第正在研究電和磁之間的關係。他當時已經知道,電流通過導線產生磁場。他想要知道的是,相反的情況是否也是如此——磁力能夠產生電嗎
在一些起步時的失敗以後,他獲得了成功,製造了有史以來的第一個發電機。在此過程中,法拉第發現了某種具有深遠意義的事情——儘管表麵現象不同,但是電和磁僅僅是同一個基本現象的不同的方麵。
雖然法拉第的試驗技能使他得以瞥見這一統一性,但是他缺乏揭示其全部輝煌成果所需的十分重要的智力工具:數學。1861年,蘇格蘭理論家詹姆斯·麥克斯韋成功地把法拉第的發現轉換成數學語言。其成果就是著名的麥克斯韋電磁方程組。這些方程闡明瞭電與磁實質上的統一性。
雖然這是一項傑出的成就,但是它迴避了一個明顯的問題——宇宙的這種統一性是否包括各種力當中人們所最熟悉的引力呢這正是愛因斯坦在1915年發表自己完全新穎的引力設想——稱為“廣義相對論”——以後不久開始應對的挑戰。
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