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引用 弦理论看扁宇宙?   

2013-08-03 06:33:55|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自科学探索《弦理论看扁宇宙?》
“人们在研究引力的时候发现了具有万有引力的这个宇宙,实际上是可以约化成二维空间的。”中国科学院理论物理研究所研究员李淼对《中国科学报》记者给出了这样的答案。

 

科学探索 来源:中国科学报

 
 

  长久以来,我们生活在熟悉的三维世界,无论什么物体,无论在哪儿,可以左右、上下、前后移动,但电影中的一切有所不同。尽管屏幕中的角色看起来是三维的,其实它们仅“困在”二维空间,因为电影屏幕没有前后之分。更直白地说,电影中的“三维”仅是视觉上的错觉,要活动于“前后维”,只有走出屏幕。

  可是却有人这样告诉我们:其实,我们也被“困在”类似屏幕的二维空间里。

  先别急着大跌眼镜,理论物理学家们正在试图用这种看法,解释自然界所有的物质和力量。

  那么,我们首先不禁要问,我们的世界到底是二维的,还是三维的?

  “人们在研究引力的时候发现了具有万有引力的这个宇宙,实际上是可以约化成二维空间的。”中国科学院理论物理研究所研究员李淼对《中国科学报》记者给出了这样的答案。

  这是什么意思呢?李淼说,要有效地描述三维空间,用三维来描述是多余的,用二维就够了——这就像在我们的宇宙里演电影一样。

  “这并不是说三维的东西变成了二维,只是说三维的空间里面,它所承载的内容如果用信息来比喻的话,它的信息不是真正的三维信息,而是二维信息。”

  李淼说,这个理论使物理学家去研究如何用二维的物理学去研究三维的带有万有引力的系统。直到1992年,有两位物理学家提出了全息原理,基于这个原理,基本的物理学变成了不带万有引力、降低了一维的物理学。而一个二维的、没有万有引力的系统,当然这是一个特殊的系统,它可以描述三维的带有万有引力的系统。

  这个理论发展到人们较为熟知的“弦理论”之后,才较为完备。

  弦理论大致如此:几十年来,物理学家相信构成原子的最小物质是点粒子,外部运转的是电子,里面是由夸克组成的质子和中子。弦理论认为,不可分割的粒子事实上是微小的、振动的弦,它或是接近环状,或是有端口的尖形,但不过是小的弦。

  弦的最大吸引力之一在于它们的多样性,正如大提琴上的弦能以不同的频率振动,奏出独立的音符。同样,弦理论中小的弦以不同的形式振动和舞动,创造出自然界最基本的粒子。如果这个观点正确,把弦合起来,会奏出宏伟优美的交响乐,即我们的宇宙。

  令人兴奋的是,它提供了难得的可能,要是我们能掌握弦的节奏,就有更好的机会解释自然界中所有的物质和力量,从最微小的粒子到外太空的星系。

  弦理论向我们显示宇宙比我们所想象的要奇异得多。比方说,弦理论认为我们被隐藏的维包围着,超越我们熟悉的三维空间的神秘的地方。弦理论预测,我们心中的宇宙仅仅是更大的系统中很小的部分,也许我们生活在一层膜上,一层悬在更高维空间的三维的膜,就像吐司面包的一片,但还有完整的世界与我们相邻,我们却完全看不见。而这些另外的世界,是与我们平行的“宇宙”。

  就是说,我们的宇宙像一片面包,我们只是生活在一块面包里。如果这个理论正确,那么面包还有其他片,即其他的宇宙,和我们相邻。

  果真如此的话,我们的宇宙不仅没什么特别,我们还有很多邻居,有些跟我们的宇宙相似,可能有物质和行星,说不定还有某种生物。也可能其他的宇宙奇怪得多,它们可能被截然不同的物理定律约束着,他们甚至可能距离我们很近,但是我们彼此碰不到,因为我们无法脱离自己所在的宇宙,我们对宇宙的整个视野,受制于我们被困在一个“薄片”上。

  弦理论之所以会吸引这么多注意,大部分原因是因为它很有可能会成为终极理论。目前,描述微观世界的量子力学与描述宏观引力的广义相对论在根本上有冲突,广义相对论的平滑时空与微观下时空剧烈的量子涨落相矛盾,这意味着二者不可能都正确,它们不能完整地描述世界。而除了引力之外,量子力学很自然地成功描述了其他三种基本作用力:电磁力、强力和弱力。弦理论也可能是量子引力的解决方案之一。

  然而,这一切到底是人们用数学堆砌的想象空间,还是未被证实的存在?李淼认为,就目前来看,两种都有可能。“理论还在发展,真正什么时候找出确切答案来,还不知道。”

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