06.29 什麼是宇宙弦理論?

近300年來的科學發展僅僅揭開了宇宙的一小塊神秘面紗。在17世紀,牛頓通過一個落地的蘋果發現了地球引力的存在,提出了萬有引力的學說。200年後,法拉第和麥克斯韋發現電流會產生磁場,運動的磁場可以產生電流,建立了電磁體系。到了20世紀,愛因斯坦的科學研究發現並證明了空間、時間和引力緊緊結合在一起,你不能夠僅僅單獨拎出一項來研究。愛因斯坦畢生的夢想就是提出一個能將力學與電磁學完整協調統一在一起,並能解釋物理領域的所有現象的理論。很遺憾的是,他沒能完成。

什麼是宇宙弦理論?

直到20世紀80年代,弦論爆炸般地登上了理論物理學的舞臺,使物理學的統一不再是一個遙不可及的神話。弦論是目前最流行的理論,如果弦論真的被證明了,基本粒子和引力就能統一起來,我們知道的所有理論都能在它的理論支持下完美地被解釋,並遵循所有的物理法則,人們對宇宙的認識將會更進一層。為什麼會有重力,為什麼電子有質量,為什麼電子和質子的質量比是1:1864。人們將不再對這些問題毫無頭緒。

什麼是宇宙弦理論?

弦論就像它的字面意思一樣,它的基本觀點是,所有的基本粒子其實是一種物質在不同狀態下的表現,這種基本物質是:弦。這是怎麼意思呢?比如說電子,這種基本粒子是沒有內部構造的一個點,一個點除了移動可以產生任何現象。如果從弦論來看,微觀世界裡的電子並不僅僅是一個點,而是一個微小的極細的閉合弦。弦可以以不同方式震盪,就像小提琴的弦在不同的振動下會發出不同音調的聲音一樣,弦的不同震盪會使其表現出各種形態的粒子。當它以一種形式震盪時,表現的是電子的形態,而如果以另一種形式震盪,則表現中子的形態,或是夸克,或是其他。弦論的先鋒物理學家們還認為,弦的震盪可以產生力的作用,這就使力學與量子力學統一起來。

什麼是宇宙弦理論?

那麼宇宙弦呢?科學家們認為,宇宙弦是宇宙的遺蹟,在宇宙大爆炸之初的極短瞬間形成,過程類似於“結晶”。在大爆炸的那一瞬間,宇宙空間本身變成由弦狀物質組成的間斷立體面。這樣想象可以幫助你更好地理解,池塘的表面開始結冰,每一塊冰都在不斷膨脹、擴散,直到它們碰撞上其他冰塊才停止,這些冰塊的模樣就像閉合的弦一樣。宇宙弦的產生可以認為是宇宙大爆炸後宇宙空間的冷卻。一些宇宙學家們認為空間也有自己的紋理,由弦或其他紋理構成,當宇宙中的物質冷卻下來,就形成了星系。

什麼是宇宙弦理論?

但我們並不能直接看見這些弦,它們距離我們有數十億光年。我們僅僅可以通過對宇宙微波、射線、引力輻射的精密測量,尋找證據來證明它們存在。宇宙弦也是解釋宇宙射線的最好理論。

什麼是宇宙弦理論?

這些弦在整個宇宙中交織,比一粒原子更細,有巨大的密度(在巨大的壓力之下)。這意味著它們將會對經過的任何東西產生相當大的引力,使在宇宙弦上的東西能以超速行進。因此,有人提出,將兩根宇宙弦拉近到一起或將一根宇宙弦靠近黑洞,就可能將空間和時間壓縮到足夠的極限,從而產生封閉類時曲線,實現時間旅行。

什麼是宇宙弦理論?

弦論不僅吸引了大量的物理學家,還使很多數學家也痴迷不已。它開拓了數學研究的新領域,使科學家們百思不得其解的關口豁然開朗。但是,宇宙弦的理論還遠遠只是冰山一角,一種理論必須通過實驗才能得到最後的論證,要證實它,人們還有一段相當漫長的路要走。


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