弦論是一個謎。它是所謂的萬有理論(thetheoryofeverything)。但它還沒有得到實驗的驗證。
它是如此的深奧。在弦論里到處是額外維度,量子漲落和黑洞。
弦論是一個謎,它的參與者們承認他們并不理解這個理論。但一個接一個的計算卻帶來了出人意料的漂亮的有關(guān)聯(lián)的結(jié)果。
弦論是一個謎。它把很多天才從其他迷人的領(lǐng)域吸引過來,同時,它還有響亮的反對者。
當前物理學(xué)領(lǐng)域*有趣*活躍的研究課題之一 弦論是一個迷,它聲稱所有物質(zhì)的基本對象不是粒子,而是弦。 弦,尺寸如此之小,以至于我們用***的粒子加速器都無法探測到
幾年前一個美好的夏天,我和父親開車去格羅托壁,一個離科羅拉多白楊鎮(zhèn)不遠的攀巖圣地。我們的目標是爬一個叫雙隙的經(jīng)典中等難度路線。順利完成后,我又有了新主意:器械攀登一個叫科萊奧貞尼的更有挑戰(zhàn)的路線。器械攀登意味著你要往巖石縫里塞進一個個巖石塞以支撐你的重量,而不是僅靠你的手和腳去支撐。你把你自己拴在繩索上,然后把繩索穿進那些巖石塞里,這樣一旦你腳下的巖石塞滑脫了,它下面的巖石塞將會阻止你下落。
科萊奧貞尼在我看來是練習器械攀登理想的地方,因為它幾乎都是突出的。如果掉下來的話,你將不會在墜落的時候痛苦地撞到巖石;你會先往下掉一段然后就被繩索拽住。或者你會一直往下掉,直到落地——但這看起來可能性不大。科萊奧貞尼的另外一個好處,在我看來,就是它有一個兩指寬的縫隙,一路向上,幾乎一直通到頂上,這樣我就可以盡我所需地往里面放巖石塞了。
父親欣然同意,于是我往上攀,在向上的路線上跳躍。只有到了這時我才意識到我的計劃有點不妙?p隙里的巖石不是很好。它消耗了我很多裝備,同時我還不能把巖石塞放得很牢靠。盡管只是個短坡,卻用掉了很多巖石塞,當快到頂?shù)臅r候,我已經(jīng)非常缺乏那些最有效的裝備了。最后一段很難自由攀登,而我已經(jīng)幾乎沒有巖石塞了。但我?guī)缀跻呀?jīng)到頂了!我在一個喇叭形的巖石縫隙里放進一個半月形巖石塞。我踩著它向上,它支撐住了。我在相同的縫隙里又放進了一個六角形巖石塞。我踩著六角形巖石塞繼續(xù)向上,它滑脫了,我掉了下來。接下來發(fā)生的就是一瞬間的事情,我已經(jīng)不記得了,但很容易重構(gòu)。第一個巖石塞被拔脫。我落入了空中。下一個也被拔脫。攀巖者稱這種現(xiàn)象為“拉拉鏈”,因為它就像拉開一條拉鏈。如果足夠多的巖石塞被拔出來,你最后就會落到地上。每當一個巖石塞被拔出,它下面的那個就必須要能夠吃住更大的拉力,因為你在下落的過程中會積攢更多的速度和動量。猛地一拽,我被掛在了下一個裝置上。這次是一個機械塞,它是攀巖者武器庫中最復(fù)雜的一件裝備。它放得并不穩(wěn)妥,但支撐住了。我父親,當時他正坐在下面的地上拉著繩子,被我們之間的繩子拉緊滑著向前。
整個過程就是這樣。我花了些時間研究最終拉住我的那個機械塞。它看起來被拉動并轉(zhuǎn)了一點點,但還能用。我加強了下面的幾個巖石塞,然后開始往下爬。下來后我四處走走,放松了幾分鐘,還是地上牢靠啊。接著我沿繩索又爬了上去,回收了大部分裝備,一天就這樣結(jié)束了。
我們能從這次科萊奧貞尼的經(jīng)歷中學(xué)到什么呢?嗯,首先就是在我們器械攀登的時候,一旦你用完裝備你就應(yīng)該停下來。其次,下落并不是問題。落地才是問題。我能毫發(fā)無傷地離開是因為我并沒有撞在地面上。(幾分鐘后我確實流鼻血了。)掛在機械塞上的感覺就是猛烈的一拽,但和撞在地面上相比它還是屬于比較溫和的一類。從下落中我們可以學(xué)到關(guān)于引力的深奧道理。當你向下落的時候,你感覺不到引力。這就是失重。坐電梯下行的時候,我們會有失重的感覺,當然沒那么明顯。在有了對下落的親身體驗后我覺得我對引力有了一些更深入的理解。當然不是在科萊奧貞尼,我當時或者沒工夫去回味這個經(jīng)歷,或者太興奮了以至于我的理性思維還無法介入。黑洞
假設(shè)掉進一個黑洞,你會怎樣呢?會有一次可怕的、破壞性的撞擊發(fā)生嗎?或者就是一次永遠的下落?我們先簡要回顧一下黑洞的性質(zhì),再來回答這個問題。首先,黑洞是這樣一個物體,光沒法從它里面跑出來。“黑”表示的就是這種物體的絕對黑暗。黑洞的表面叫做黑洞的視界,因為視界外面的人是沒法看見視界里面發(fā)生的事情的。這是因為看和光有關(guān),沒有光能從黑洞里跑出來。一般認為黑洞存在于大多數(shù)星系的中央。黑洞也被認為是質(zhì)量很大的恒星演化到最后的階段。
圖3.1我們所在的銀河系,在它的中心可能有一個黑洞。黑洞的質(zhì)量據(jù)信是太陽質(zhì)量的四百萬倍。從地球上看,它處于人馬星座的方向上。它距離我們有26000光年。黑洞的尺寸比我們這里畫出來的要小很多,它四周被恒星環(huán)繞的空白區(qū)域也同樣如此。
關(guān)于黑洞最奇特的事情是除去中央的“奇點”外,黑洞的里面是空的。這看起來很扯:星系中質(zhì)量最大的物體竟然是空的?原因是黑洞里面所有的質(zhì)量都已經(jīng)坍塌到奇點上了。實際上我們并不知道在奇點上發(fā)生了什么。我們知道的是奇點讓時空扭曲,并在它周圍形成一個視界。任何掉進視界里的物質(zhì)最終都會落到奇點上。
設(shè)想一個倒霉的攀巖者掉進了一個黑洞。穿越視界并不能使他受到任何傷害,因為那里什么都沒有:只有真空。攀巖者甚至可能都不知道他穿過了視界。麻煩的是,再也沒有什么東西可以阻止他的下落了。首先,這里沒有任何可供支撐的東西——記住,在黑洞里除了奇點以外全都是空的。攀巖者唯一的希望是他的繩索。但即使把繩索拴到有史以來最牢固的(黑洞外的)巖石塞上也是徒勞。假設(shè)巖石塞可以堅持得住,繩索也會斷裂,或者它會被拉長、拉長,一直到攀巖者墜到奇點上為止。
當這一切發(fā)生的時候,可以設(shè)想將會有一次可怕的、破壞性的撞擊發(fā)生。但我們無法知道確切的細節(jié),除了攀巖者沒有人能夠看到這一切。因為沒有光能夠從黑洞里跑出來。從以上討論我們可以看出黑洞里面引力的拉拽是絕對不可抗拒的。一旦穿過了視界,我們不幸的攀巖者除非能讓時間停止否則他就無法阻止自己的下落。同時,在他落到奇點上之前也沒有什么能“傷害”到他。在此之前,他僅僅是在真空中下落而已。他將感覺自己失重了,就像我在科萊奧貞尼的那次墜落一樣。這就凸顯了廣義相對論中的一條基本假設(shè):一個自由下落觀察者的感覺和他在真空里的感覺是一樣的。下面是另一個可能會有所幫助的類比。假設(shè)山上有個湖,湖水由一個很小、流速很快的水流排出。湖里的魚知道不要離危險太近,即不要離那個水流的入口太近,因為一旦它們進入下降的水流,它們就無論如何也游不出那個水流回到湖里了。不小心進入水流的魚也不會受傷(至少暫時不會),但它們別無選擇只有順著水流向下。湖水就像黑洞外的時空,而黑洞里面就像水流。奇點對應(yīng)的則是那些尖銳的巖石,水流落在上面并被擊碎,面對尖銳的巖石,水流里面的魚會立刻粉身碎骨。你也可以設(shè)想其他的可能性:比如,水流也許會帶著魚安全、舒適地來到另外一個湖。類似地,也許在黑洞里壓根就沒有什么奇點,而是一個通向另外宇宙的隧道。這聽起來有些牽強,但考慮到我們并不理解奇點而且我們除非親自掉進去也無法知道在黑洞里到底發(fā)生了什么,所以我們也不能徹底排除這種可能性。
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