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(rèn)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(dāng)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(yuǎn)的攀巖圣地。我們的目標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(xí)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;蛘吣銜恢蓖碌,直到落地——但這看起來可能性不大?迫R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(dāng)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)然不是在科萊奧貞尼,我當(dāng)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(jìn)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(yuǎn)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(rèn)為黑洞存在于大多數(shù)星系的中央。黑洞也被認(rèn)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(jìn)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(jìn)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(dāng)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(xì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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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