关于那些“终极”理论物理的浅显个人理解（3）

接着上回，对弦理论终于有些略懂了。1.考虑一个问题，空间究竟是什么？传统理论认为空间是连续而平滑的。我们可以暂且抽调一个维度，想象一张纸。纸的两个角落各有一个点，如此一来它们之间最短的距离是一条直线段，但是，等等，我们可以把纸稍微对折一下，如果这时有个“通道”可以从空中把两个点连起来，那将是更短的路径。那种东西，便称为虫洞。2.实际上我更愿意想象我们的宇宙是一个“超球面”，它有限大，却没有边界。类比某种二维小生物或在一个巨大的球面上。这么一来你便可以理解虫洞，其实就是往球内部钻个洞，捷径。好吧，这主要是我个人的理解。3.根据爱因斯坦的理论，虫洞或许存在——那是宇宙的一部分——但我们无法创造新的虫洞。你或许可以扭曲空间，但没法将它撕裂。但弦理论却不这么认为。4.我们可以回顾一下量子世界，其实那里就是一个空间四处破裂的地方，粒子出现的状态不是连续的。那为何这些小小的空间断裂没有引起一场宇宙灾难呢？这就是弦理论一个有意思的地方，一条（闭合）弦在空间中滑动，它的轨迹形成一条“管道”，正是这些管道保护了空间的裂口们。5.1980 ，弦理论发展起来后，学者们争相加入这个行列，于是弦理论迅速得到发展，但结果我们得到了五个不同但均可行的弦理论版本。既然我们追求的是大一统，自然应该要只有一套理论。6.这个时侯，某个强悍的人物出现了——威登（EdWitten），他被认为当今在世的最杰出的物理学家之一，甚至可能成为爱因斯坦的接班人。是的，许多自命不凡的物理学家都不得不承认威登比他们更天才。1995年，世界各地的弦学家聚集在南加州大学的年会。就是此时此地，威登发表了他著名的演说，称他考虑了不同版本弦理论的问题，并解决了，而且他将给出每套弦理论中每一维的解。他做到了。物理学界震惊了。7.是的，威登统一了弦理论。他以一个全新的角度来看待弦理论，原先以为的五套弦理论，不过就像是弦理论的五个不同镜像，实际我们一直在以五个角度看待着同一个事物。威登将这套统一的弦理论命名为“M理论”（MTheory）。8.“M理论”实在是一个有趣的名字，因为看起来到现在这些物理学家们也没人知道“M”代表什么。普遍的猜测是：“MysteryTheory”、“MagicTheory”、“MotherThoery”、“MatrixTheory”、“MonstrousTheory”……也有人认为M不过是W（Witten首字母）倒过来而已。或者认为M理论代表的是“MurkyTheory”……9.我们终于又有了用一套理论解释全宇宙物理的希望。但是M理论需要11维时空（1维时间 10维空间），而原本通常是10维。我们感觉不到那么多维度是因为我们确实不能。但是我们可以想象，比如我们看电影，里头演的都是三维的，但实际他只是投影在一个二维平面。（自己类比一下……）10.人们进而发现，弦理论中的物体并不仅仅是弦而已，还有“膜”（membrane或brane）。是的，拜威登新增的一个维度所赐，弦也可以延展成膜。膜可以是三维的或者更多。如果有足够能量，膜可以长到很大，甚至一个宇宙那么大……（囧。）11.弦理论越来越标新立异，不仅有弦，还有膜。事实上，尽管人们依然称之为弦理论，但弦学家们自己都不确定它还是一个关于弦的理论。12.巨膜和额外维度的存在，导致了一种新的可能：或许我们的宇宙就在一张膜上，而膜之外还有更大更高维度的空间。这样一来我们的宇宙可能只是一小薄片（slice），在某个大块（bulk）之中。也就是说可能还有其他“片”，其他宇宙。这就是传说中的“平行宇宙”啦（paralleluniverses）。这些其他的宇宙们（……）可能与我们所在的相似，也可能（物理定律上）完全不同。13.这些宇宙存在M理论的额外维度上，实际就在我们身旁、我们之中，然而我们看不到摸不着。为何？因为假使说我们就在这张膜上，而组成我们的粒子们却无法离开这张膜。想象我们活在电影荧幕中的世界，那对于我们来讲，它是一个世界，对于荧幕之外，它不过是一块布。14.从某种程度上来讲，这何尝不是我们宇宙的“边界”呢？多么奇特的概念，宇宙的边界就在我们身边。（请再想象一次活在电影萤幕中的世界里，随便哪里都是你的边界。）我们对整个宇宙的视野，被困在一张薄片之上。15.有意思的是，这个理论还和引力有关。之前提到，引力是一种小得可怜的力（电磁力是它的10的39次方倍）。为何引力如此之小？答案是，或许它并不小，只是我们感受不到那么强，因为它的作用可能并不局限于我们这张“膜”。16.那么，为何，凭什么引力就这么特殊呢？好吧，M理论也有答案：与弦的形状有关。多年来我们一直关注闭合环状的弦（像橡皮圈），但M理论出现之后，我们把注意力转移到其他形状的弦。现在我们认为，我们所看到的一切，物质、光，都是由开口的弦构成的，而弦的两端季在我们这张三维“膜”上。而闭合环的弦确实存在，其中一种便与引力有关——引力子。17.我们看不到也触碰不着平行宇宙（其他膜、薄片），但也许有一天，我们可以通过引力来感知它们。理论上讲，引力波或将成为不同宇宙间沟通的手段。18.之前提过的，如今大多数理论物理学家都相信大爆炸理论，但所有的物理理论都在大爆炸之前的那个点失效，因为它质量几乎无限大，体积几乎无限小，广义相对论和量子力学都无法应对这样的情况，不再有意义。爆炸本身也有问题。那究竟是什么？传统的大爆炸理论并没有提及到底什么爆炸，爆炸前怎么了，是什么引起爆炸。19.很多人都似乎愿意相信时间和空间有个起点，从无（nothingness）到有（somethingness）。但是，说真的，“无”是什么东西？“无”不是东西，甚至也不是空间，更不是时间。这简直是无法理解的概念。不管怎么说大爆炸理论在我们的感知上是有明显疑问的，弦理论怎么说呢？部分科学家认为，大爆炸其实是膜与膜之间的碰撞产生的。20.这个有意思的构想也仍然有瑕疵：两片膜碰撞，究竟发生了什么？我们的理论在那一点同样失效。从这个意义上说，弦理论仍然没有解决大爆炸的难题。21.弦理论更大的问题是它没法被实验证明或观测。有个希望是粒子高速对撞，产生引力子，然后消失——因为弦理论中引力子是闭合环状弦，可以“逃逸”出这张膜。（目前美国费米实验室和欧洲CERN都有希望。）22.还有个弦理论的核心预测叫做“超对称性”（supersymmetry），说我们每个亚原子粒子，如电子、光子、引力子，都应该各有重的多的超（对称）粒子搭档，但至今没人见过。就算找到了也无法证明弦理论，但至少会显示我们像是在正确的道路上。23.最后，弦理论可能是完全错误的理论。尽管它数学上、理论上很完美。人类迄今为止还没有在数学上如此优美的理论最终被发现是白费的。24.了解之后，个人也挺喜欢弦理论，很多想法其实颇合我意。http://syc0129.blogbus.com/logs/35633990.html