摘要:当你有意无意踩死一只蚂蚁的时候,这对于蚂蚁来说属于“天灾”还是“人祸”呢?或者当你把一锅滚烫的开水浇入蚂蚁窝的时候,小时候都干过这事吧,那么一个在蚂蚁的时间尺度上,延续了数代的帝国顷刻遭遇了“大洪水”毁灭,假如蚂蚁有意识的话,他们该如何理解这突如其来的灭亡呢?
当你有意无意踩死一只蚂蚁的时候,这对于蚂蚁来说属于“天灾”还是“人祸”呢?或者当你把一锅滚烫的开水浇入蚂蚁窝的时候,小时候都干过这事吧,那么一个在蚂蚁的时间尺度上,延续了数代的帝国顷刻遭遇了“大洪水”毁灭,假如蚂蚁有意识的话,他们该如何理解这突如其来的灭亡呢?这种“灾难”是不是有规律的呢?还是随机无序的呢?
当然从我们的角度,就可能只是一时兴起,随后毁灭一个蚁穴而已,然而在蚂蚁的眼中,由于其组成视觉的感光细胞更倾向于二维的认知,所以人类对它们来说,只是一个巨大的模糊阴影,它们也无法意识到人类的存在,所以我们随手的事,对它们而言就如天灾一样。
那么我们脑洞打开,地球上的6次物种大灭绝,我们所找出的:陨石撞击、气候变化、病毒、火山,会不会就如人类顺手浇了一壶开水、放了几个鞭炮、或者扔下了一盒火柴那般,就是顺手、毫无规律呢。
又或者说,假如宇宙中存在比人类高级的文明,他们随手顺便的一个行为也会是人类的飞来横祸,或者甚至说不仅是人类,而是导致整个地球生物灭绝的天灾呢?好像《三体》小说中的歌者文明,毁灭,没有理由,只是顺便而已。
而他们即使现在就站在你面前,你也无法清楚看到他们的存在,就像蚂蚁的感知系统让它们无法看到、意识到人类存在的维度一般。
而更有意思的是,假如人类无法理解的更高级的文明真的存在,它或许并不是我们以为的这样,或者这样,这样;而可能是这样,或这样,并且它们并不是存在于遥远的某个星系、某个行星、而是无处不在,甚至它们就在你的身体里。
而要说清这点,我们就得回到百年前开始的两次物理学革命开始说起。
大家好欢迎收看多维怪谈,今天我们来讲-超弦理论。
鬼魅般的“重粒子”
自20世纪初,那场经典的“经典”物理学不存在了的辩论会后,当时几乎差不多全部的物理学牛人都投入到了对一个新的理论的研究者,它就是-量子。
随着研究的深入,这些大神们发现,我们的这个世界远比想象中还要疯狂和不可思议,他们怎么发现的呢,通过“撞”。
1909年,英国物理学家欧内斯特.卢瑟福的“金箔实验”(卢瑟福α粒子散射实验)轰击原子,探明了其中存在一个远比原子要小得多的原子核,物理学家们搞清楚了原子核的模型,于是他们继续通过“撞“,又撬开了原子核,发现了质子和中子,于是他们继续”撞“,随即发现了质子内部还存在三个粒子,它们构成了质子,而这种粒子就被称为:夸克。于是他们继续”撞“,不过这次,撞不出来了。
与夸克一样,电子、μ子、τ子以及电子中微子、μ子中微子、τ子中微子都是没有办法继续再”撞“出东西的基本粒子。
从1909年开始”撞“,一直到2010年3月20日,位于瑞士日内瓦近郊的大型强子对撞机(LHC)首度成功进行了粒子撞击实验开始到目前为止,对撞机已经成功撞出了16种粒子,这16种粒子中的12种,就是组成我们这世界所有物质的基本粒子,还有3种是传导粒子,形成了我们世界的”力“,比如传导电磁力的光子、传导强力(作用)的膠子、以及传导弱力(作用)的玻色子,还有1种赋予所有粒子质量的一个粒子-上帝粒子(希格斯粒子)。
然而,不管怎么撞,到目前为止,物理学家们还是没有发现最后一种传导粒子-也就是传导重力的-重粒子,当然没有发现的原因有很多,可能能量不够高、更隐蔽等等,那为什么找到它尤为关键呢?因为假如找到了重力子,也许我们就会发现,它出现了,并且没有衰减而是又直接消失了,还带着其他能量一起消失。
通俗一点来举个例子,你面前突然出现了一个人,他不是走开、跑开、滚开这样慢慢消失,而是突然又消失了,还拿走了你的手机一起消失。
这说明什么呢?说明见鬼了啊。(滴)-----说明也许真的存在不同的时空,而他就是穿越不同时空的关键点。
这不是科幻噢,而是一个最有可能统一相对论和量子理论的候补理论,不过虽然还没有找到重力子,但是以上的发现已经几乎可以证明这个理论方向的正确性,而这个理论的正确性就意味着,我们的宇宙可能真的存在更高直至11的维度,且科幻片中的常客-平行宇宙不再只是科幻概念了,甚至找到了能够穿越不同宇宙的理论方法,而一旦如此,解释我们的宇宙就如解释1+1=2那般简单,人将无所不能。
物理学的统一
众所周知,量子力学和广义相对论是现代物理学的两大支柱,前者描述微观粒子行为,精确解释了原子、粒子以及其它三种基本力(电磁力、强核力、弱核力);而后者则描述时空、引力和宏观宇宙,能完美地适用于行星、恒星、星系乃至整个宇宙的尺度。
两者看似应该是可以相互关联和补充的,我们举个例子,比如经典力学、狭义相对论和广义相对论三者,如果我们把经典力学比作是一张城市地图,那么这张地图上记录的路径信息一定是极精确的,你在城里开车看地图肯定没问题,同样的道理,你如果把地图熟记于心,那么只要知道车开多块,路况如何等信息,大概就能知道到达每一个地方所需要的时间,对吧,这就是决定论。
然而假如你要坐飞机进行长距离的旅行,那这张地图就不行了,所以需要引入狭义相对论,也就是把这张平面地图升级成了一个3D全球导航地图,最终引入广义相对论,把我们这个3D全球导航地图就升级为了3D全息动态地球地图,所以物理定律的发现应该是层层嵌套的,而不是后者推翻前者,后者往往可以升级前者无法触及的部分,就像是一个补丁或者说升级包一样。
但是直到量子力学的出现,人们发现不对,它俩存在太多互相违背的地方,比如霍金在70年代时就指出:广义相对论预言的黑洞可能会摧毁信息,而这是量子理论所不允许的,再比如双方对空间和时间的描述,也是水火不容,相对论中对于时空的描述是:时空如同一块光滑的四维毯子,而支撑起标准模型的量子理论却认为,空间是一块块只有10⁻³⁵米大小的单元构成的“点阵”,而时间甚至没有被当作是真实存并且可以观测的东西。
再比如最经典的决定论和概率论,举个例子,你把一个球扔出去,那么只要知道它的所有信息,比如位置、动量、以及它所受的所有力,那么就可以通过牛顿方程计算出它接下去每一秒的位置和速度,对吧,最经典的拉普拉斯妖,这期我们说过感兴趣的小伙伴可以主页搜这期。
但是概率论却不是,你每次扔出去的球它可能是任何速度、任何位置,甚至完全不按常理乱飞,就好像什么呢?这就好像你每次扔出球以后,球到底会怎么样谁都不知道,就像在掷色子一样,掷到1了,好这么飞,掷到了3,那球就往那里飞,掷到了6,球就会上下左右乱飞。
宇宙的规律难道是随机的吗?这怎么可能呢?但是它俩又可以各自解释宏观和微观各自的规律,于是,找到一个理论来将两者结合,成为一个可以解释宇宙万物的统一理论就变得格外重要了,因为物理学的历史就是一个不断统一的历史。牛顿用万有引力定律统一了天上的(行星运动)和地上的(苹果落地)的力学;麦克斯韦统一了电、磁和光;爱因斯坦的相对论统一了时间、空间和引力。粒子物理的标准模型又统一了电磁力、强核力和弱核力(但不包括引力),将其全部统一,就像是物理学的一个终极答案一样,只要找到了它,人类才能明白宇宙的一切奥秘。
而在之后的研究中,物理学家们逐渐发现,事实也正如预想的那样,这两个原本水火不容又各自正确的理论,逐渐越靠越近,很多复杂的物理公式被不断简化统合,似乎那个统一两个理论,概括整个宇宙的公式,已经近在眼前。
于是,1968年,一个几乎接近完美、最有可能统合量子力学与相对论的理论被提了出来,它就是“弦理论”。
世界是这样的
19686月的一个下午,一位26岁,刚刚博士毕业的意大利物理学家—加布里埃莱·韦内齐亚诺,正在一家咖啡店里喝咖啡休息,望着窗外出神的他,大脑中突然浮现出了一个公式,于是它赶紧问服务员要了一张纸巾,并将这个公式写在了纸巾上,当时才26岁的他,也没想到,这个公式,成了往后弦理论的萌芽。
回到了实验室后,韦内齐亚诺用这个数学公式来表示散射振幅(或散射截面),几乎符合所有基本粒子的强作用数据,极好地解释了在观测强作用粒子碰撞行为实验中发现的大多数关键趋势。于是几周后,韦内齐亚诺造访了欧洲核子研究实验室理论部,将其的发现展示给了在那的几个同行,结果同行们对这个简洁的数学表达式非常惊讶,并对他的结论赞赏有加。韦内齐亚诺在同行们的鼓励下发表了文章。
文章一经发布,引发了巨大的轰动,其中就有一位传奇物理学家-莱昂纳德·萨斯坎德。
这个人有多传奇呢。他早年只是一个维修水管的水管工,而后放弃工作,考入了康奈尔大学取得了物理学博士学位,而后又成为了斯坦福大学教授、之后与霍金论战还赢了、提出了最早的弦理论雏形,成为了该理论的奠基人之一。
萨斯坎德看着文章上韦内齐亚诺的方程,陷入了沉思,他发现,这个公式象一个东西,像什么呢?来,大家看到这个公式的时候,脑子里会出现什么呢?
没错,不过比这复杂得多,天才就是天才,萨斯坎德看着方程,脑子里立刻出现了一条条不断在振动的弦,他突然意识到自己可能发现了宇宙的终极答案,这个世界并不是由无数粒子组成,而是一条条振动的“弦”组成。
于是他赶忙回到了实验室,就这个“宇宙终极答案”的观点完成了一篇论文准备发表,结果不出意料地,这篇论文被《物理学评论通讯》给拒了,理由是:嗯,说法很新奇,很有想象力。
当然会被拒,因为当时的物理学家普遍认为的,是相对论中对于空间的描述:空间是一块块只有10⁻³⁵米大小的单元构成的“点阵”,所以宇宙中最小的单位,是一个点的基本粒子,而不是什么弦,还振动。
当然,也有人对这个充满想象力的说法很着迷,比如加州理工学院理论物理教授-约翰施瓦兹,这个人后来也获得了诺贝尔奖,并且将当时确实不够完善的弦理论完善,并且直至今日都在研究超弦理论(弦理论的一种),之所以他认为超弦理论就是这个宇宙的终极答案,就因为它可以完美的统一相对论和量子力学。
它是目前为止唯一一个,有能力将那么幽灵般的引力与其他三种力统一在一个量子力学框架内的候选理论、同时它提供了一个极其优美和统一的万物图景:所有粒子和力都是同一种基本实体-弦的不同表现形式,并且最关键的一点,它的数学结构可以自洽。
那,什么是超弦理论呢?
超弦理论认为,在每一个基本粒子内部,都有一根细细的弦在振动,就像琴弦的振动一样,我们知道,不同的琴弦振动的模式不同,因此振动产生的音调也不同。类似的道理,粒子内部的弦也有不同的振动模式,不过这种弦的振动不是产生音调,而是产生一个个粒子。换言之,每个基本粒子是由一根弦组成。
超弦理论认为,粒子并不存在,存在的只是弦在不同维度的空间运动;各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。自然界中所发生的一切相互作用,所有的物质和能量,都可以用弦的分裂和结合来解释。
弦的运动是非常复杂,必须有十维的空间(M理论认为11维)能满足它的运动,就像人的运动复杂到无法在二维平面中完成,而必须在三维空间中完成一样。
而且,超弦理论认为,更高的维度意味着更小的空间,举个例子,比如我们都知道我们人类是三维的,假如把这个身体摊开成二维,有多大大家能想象吗,所有的器官、血管、皮肤、全部成了一张平面的图纸,同理,四维在三维的展示,一会变得无比庞大。
所以,更高维度,意味着更小体积,它们不存在于我们的宏观宇宙中,而是存在于微观中,所以假如真的有更高维度的生命,它并不是我们想象的那种外星生物的模样,而是我们根本无法理解和看到的存在,微观的存在,甚至它就存在于我们的世界中,乃至细胞中,只是我们无法理罢了。
当然啦,想要证实超弦理论,哪怕就算找到了重力子,也未必可以完全证实,只是又多了一层可能,除了超弦理论,也还有其他后补理论,这我们以后慢慢说。
回到我们开头所说的,假如超弦理论是正确的,那么更高维度的生命对之于我们,就像是我们对之于蚂蚁一样,由于感官蚂蚁无法理解我们的存在,而我们也同样无法理解从高维向低维展开的庞然大物般的他们,它们随手的一个毫无意义的动作,可能就好似我们毫无意义的摧毁一个蚂蚁窝般的”天灾“。
用一句宋代哲学家陆九渊的哲学命题结尾:吾心即宇宙。难道唯心的哲学,真的成了人类探索的尽头吗?展开即宇宙、收拢即吾心。
对此你怎么看呢,欢迎在评论区讨论,好了本期节目就到这,喜欢我们的节目还请三联支持一下,我们下期回归商周系列,易经见啦。
来源:多维怪谈