水火不容的相對(duì)論與量子力學(xué)

大自然的四種基本力中，相對(duì)論統(tǒng)一了引力，量子力學(xué)統(tǒng)一了電磁力、弱核力、強(qiáng)核力。但物理學(xué)家試圖將引力也納入量子力學(xué)時(shí)，卻得到無窮大的災(zāi)難性結(jié)果。

相對(duì)論和量子力學(xué)為什么會(huì)如此的水火不相容呢？

廣義相對(duì)論的核心是光滑與彎曲的幾何結(jié)構(gòu)，除了在超微尺度下，時(shí)空結(jié)構(gòu)都很平坦，所以廣義相對(duì)論也能用的很好。

然而，當(dāng)來到超微觀尺度下時(shí)，量子力學(xué)的不確定性原理和廣義相對(duì)論引力的幾何模型變得水火不容。

超微尺度下的量子世界存在著劇烈的量子漲落，光滑平坦的幾何結(jié)構(gòu)被徹底破壞，兩個(gè)理論的基本模型的巨大差異也預(yù)示著將廣義相對(duì)論和量子力學(xué)進(jìn)行混合時(shí)會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。

量子力學(xué)和相對(duì)論似乎水火不容，大統(tǒng)一似乎依然遙遙無期？

弦理論的誕生

在愛因斯坦去世后不久，一門新的理論誕生了。這種理論認(rèn)為宇宙萬物都是由一種小到無法想象的能夠振動(dòng)的細(xì)絲——弦構(gòu)成的。這就是弦理論，大統(tǒng)一理論的熱門候選者。

1968年，一個(gè)年輕的意大利物理學(xué)家Gabriele Veneziano在尋找描述原子核內(nèi)強(qiáng)作用力的數(shù)學(xué)方程，結(jié)果無意間在一本古老的書中找到了一組200年前的舊方程式——?dú)W拉方程。這個(gè)古老的方程竟然能夠用來描述強(qiáng)作用力。

通過不斷的流傳，這個(gè)方程傳到了Leonard Susskind的面前，經(jīng)過一段時(shí)間的研究，Susskind認(rèn)為這個(gè)方程描述了一種粒子，這種粒子可以振動(dòng)，所以它不僅僅是一個(gè)粒子，而是一種弦。這個(gè)發(fā)現(xiàn)演變成了日后的“弦理論”。

盡管弦理論誕生之初的目的是為了解出強(qiáng)相互作用力的模式，但后來人們卻發(fā)現(xiàn)，幾乎所有基本粒子，都可以由振動(dòng)的能量弦構(gòu)成，其差異只是弦的振動(dòng)方式和形狀的不同而已。

弦理論認(rèn)為構(gòu)成一切物質(zhì)的基本元素是微小振動(dòng)的能量物質(zhì)，也就是弦。而這根神奇的弦極有可能是將宏觀和微觀的世界用同一種理論統(tǒng)一起來的關(guān)鍵。以前的觀點(diǎn)一直認(rèn)為組成萬物的基本元素是一個(gè)小點(diǎn)，而弦這個(gè)想法，是概念上的一次革新。

弦理論最大的魅力是，它提供了一個(gè)神奇的可能性。當(dāng)我們將弦作為組成萬物的基本元素來看待時(shí)，弦理論似乎解決了廣義相對(duì)論與量子力學(xué)之間的矛盾，如此就極有可能解釋世間萬物——從最小的亞原子粒子到最大的星球和宇宙。這就是弦理論的潛力，成為統(tǒng)一萬物的大統(tǒng)一理論，愛因斯坦的大統(tǒng)一之夢(mèng)或許真的快實(shí)現(xiàn)了？

弦理論的未來會(huì)是怎樣，是成功被驗(yàn)證后成為大一統(tǒng)理論還是被更高級(jí)的理論所取代，我們只能拭目以待了。

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