从弦到超弦
——物理界最有希望的理论
一、基本弦理论
要理解弦理论,就要先理解它的基本假设:我们看到的所有点粒子都是一小段弦。因为如果一段弦比仪器的最小观测度还要小得多,它看起来就是数学意义上的点,这可以理解。弦的不同形式扭曲就代表了不同的粒子,一段弦可以有无数种扭曲方式,所以弦理论包含无数种粒子。
二、力的统一
在爱因斯坦的引力理论中引力的单位,即引力子包含在这无数中种弦中,所以基本弦理论包含了爱因斯坦的引力理论。同理这无数种弦中亦可找到一种与光子相对应,于是基本弦理论中又包括了电磁力。所以基本弦理论统一了引力和电磁力。同理,在基本弦理论中,引力、电磁力、强力、弱力被统一。
三、弦的振动
振动的弦有什么难研究的呢?看看你就知道了,首先,这些弦以趋近于光速的速度振动,其次,我们要跟踪这些飞速的振动。比如,1/10秒过去了,弦上的这个点向东动了0.27英寸,那个点向北动了0.48英寸……直到所有点都被标定好,1/10秒的运动算是描述完了。还有一点,我们要到量子世界,在那里,具有完全无法令人接受的性质的粒子完全有可能出现(因为弦理论包含无数种粒子),这些粒子被物理学家开玩笑地称为“鬼粒子”,需要复杂的分析才能证明,这些“鬼粒子”只不过是数学的幻象。
四、超弦理论
基本弦理论虽然包含无数种粒子,但仍然有漏洞——它不包括电子!为了给理论打上补丁,物理学家把这种描述扩大,电子的描述是类似这样的话:1/10秒过去了,弦上的这个点向北动了0.33英寸和ψ,ψ是希腊字母,这个奇怪的数是由数学家格拉斯曼发明的,这个数有一个奇怪性质,简单地说,就是ψ^2=0,并且ψ不为零。恐怕只有数学家能发明如此奇怪的数吧。弦能做以ψ描绘的运动,也能做普通数描绘的运动,这种弦理论被称为超弦理论。超弦理论就这样诞生了!
五、空间需求
超弦理论需要九维空间来支持,天哪!这怎么可能?其实,这并不难,让我们来发现隐藏的维数吧。展开想象的翅膀,现将一个三维生物置于一个细管上,管的外径比这个生物能感知的最小程度还要小得多,它就会认为这个管是一维的,因为它只能沿管的长度爬行。我们也是一样,我们认为点是基本单位。那么,如果把点都看
成圆,则空间是四维的,如果把点都看成球,则空间是五维的,重复动作,空间的维数会越来越高,可以达到九维。
六、超弦理论的影响
粒子物理学家分成了两派,一派做实验研究点粒子;另一派高举思想旗帜,研究超弦理论。要掌握一个新理论不易,转移阵地更不易,因为点粒子研究已取得重大进展。
2010.02.19
从弦到超弦
——物理界最有希望的理论
一、基本弦理论
要理解弦理论,就要先理解它的基本假设:我们看到的所有点粒子都是一小段弦。因为如果一段弦比仪器的最小观测度还要小得多,它看起来就是数学意义上的点,这可以理解。弦的不同形式扭曲就代表了不同的粒子,一段弦可以有无数种扭曲方式,所以弦理论包含无数种粒子。
二、力的统一
在爱因斯坦的引力理论中引力的单位,即引力子包含在这无数中种弦中,所以基本弦理论包含了爱因斯坦的引力理论。同理这无数种弦中亦可找到一种与光子相对应,于是基本弦理论中又包括了电磁力。所以基本弦理论统一了引力和电磁力。同理,在基本弦理论中,引力、电磁力、强力、弱力被统一。
三、弦的振动
振动的弦有什么难研究的呢?看看你就知道了,首先,这些弦以趋近于光速的速度振动,其次,我们要跟踪这些飞速的振动。比如,1/10秒过去了,弦上的这个点向东动了0.27英寸,那个点向北动了0.48英寸……直到所有点都被标定好,1/10秒的运动算是描述完了。还有一点,我们要到量子世界,在那里,具有完全无法令人接受的性质的粒子完全有可能出现(因为弦理论包含无数种粒子),这些粒子被物理学家开玩笑地称为“鬼粒子”,需要复杂的分析才能证明,这些“鬼粒子”只不过是数学的幻象。
四、超弦理论
基本弦理论虽然包含无数种粒子,但仍然有漏洞——它不包括电子!为了给理论打上补丁,物理学家把这种描述扩大,电子的描述是类似这样的话:1/10秒过去了,弦上的这个点向北动了0.33英寸和ψ,ψ是希腊字母,这个奇怪的数是由数学家格拉斯曼发明的,这个数有一个奇怪性质,简单地说,就是ψ^2=0,并且ψ不为零。恐怕只有数学家能发明如此奇怪的数吧。弦能做以ψ描绘的运动,也能做普通数描绘的运动,这种弦理论被称为超弦理论。超弦理论就这样诞生了!
五、空间需求
超弦理论需要九维空间来支持,天哪!这怎么可能?其实,这并不难,让我们来发现隐藏的维数吧。展开想象的翅膀,现将一个三维生物置于一个细管上,管的外径比这个生物能感知的最小程度还要小得多,它就会认为这个管是一维的,因为它只能沿管的长度爬行。我们也是一样,我们认为点是基本单位。那么,如果把点都看
成圆,则空间是四维的,如果把点都看成球,则空间是五维的,重复动作,空间的维数会越来越高,可以达到九维。
六、超弦理论的影响
粒子物理学家分成了两派,一派做实验研究点粒子;另一派高举思想旗帜,研究超弦理论。要掌握一个新理论不易,转移阵地更不易,因为点粒子研究已取得重大进展。
2010.02.19