打毛線的阿嬤與量子理論 @ 愛閱讀，就是我的Style

無論是那種整天關在實驗室裡的物理學家，又或者和宅宅完全不同，擁有多采多姿的社交生活，應該都聽過「弦理論」（string theory）。

學者之所以主張弦理論，是為了解釋些無法得到合理解釋的謎（…所以我們一直避而不談）。例如，重力和宇宙中其他三種基本的力，實在是截然不同。

弦理論是有人假設物質的粒子（如夸克、電子等）其實不是小點，而是很小很小的弦，弦理論的關鍵要素，就是一種叫做「弦」的東西，可以把它想像成是一條橡皮筋，一條很小很小，小到大概只有10的負35次方公尺長的橡皮筋。

所有粒子，包括夸克、電子、光子等，在標準模型中都被視為極小極小，簡單講就是「點」。至於某粒子為何擁有多少質量、電荷，某某粒子又為何擁有多少質量、電荷等，標準模型並沒有提出解釋。

但根據弦理論，這些粒子之所以看起來像是「點」，原因只有一個，就是我們看得不夠仔細。根據弦理論，「點粒子」事實上是不斷在振動的小迴圈。

這個說法聽起來很熟悉嗎？事實上，在量子力學中，我們看到的所有事物──包括光子、電子、真空場等等──都在不斷來回擺盪。

要是有一套理論──即萬有理論──能解釋一切事物，那該有多好？

儘管尚未發展完備，弦理論卻正是萬有理論的主要候選者之一。

一條弦振動得越有力，質量就越大。還記得E = mc2這個公式嗎？要知道，質量可以轉換成能量，能量也可以轉換成質量。一條弦的振動特性，決定了這個粒子的一切。但要解釋我們所看到的粒子的所有特性，三個次元是不夠的。這不代表這些弦並不存在，而是代表我們需要更多次元。

但各位別誤會，我們不是說我們有辦法進入更高的次元。因為，位在其他空間裡的這些次元多半很小（或全都很小），而且比我們在大型強子對撞機裡所能偵測到的物質還要小，因此就算我們進得去，恐怕也會塞爆了。

再者，就算我們有辦法在這些隱藏的次元中旅行，裡頭的狀況恐怕跟電玩「小精靈」的世界很像，出發沒多久就又回到了原點。

根據E = mc2，宇宙如果只有三個次元，弦理論便無法和現有的物理定律相契合。於是，學者們提出了一個又一個的理論，可能的次元數也越來越多。一九九五年，普林斯頓高等研究院的愛德華‧維騰（Edward Witten）也提出了他的弦理論，叫做M理論（M theory）；這個版本，是目前所有弦理論當中最具代表性的，根據他的看法，我們的宇宙實際上總共有十個次元。

不過，現年八十一歲，從事保母工作，家住密西根州貝爾丁（Belding）的艾瑟‧克藍茲頓女士（Mrs. Ethel Kranzton），也是弦理論的獨立發現者之一。

她是在編毛衣時為了解釋那些礙眼的毛線團而發明弦理論的。

儘管大多數編織工作者都接受克藍茲頓女士的看法，許多科學家卻批評她的理論「邏輯不清，還運用了許多困難且多餘的數學運算。」

粒子物理學中一些尚未得到解答的疑問，弦理論並無法給予充分的解釋。儘管如此，弦理論在許多方面都深具潛力，它可以提供一套架構將基本的力全都涵蓋在內，讓我們了解所有的力和粒子其實只是相同物理定律的不同呈現而已，甚至，我們還可以透過它對空間和宇宙創生的本質，獲得更深的認識。

不過，弦理論並不是沒有半點瑕疵。首先，這套理論很難檢驗。由於弦的尺度太小，要想用大型強子對撞機或未來可能問世的實驗來加以測試，都是不可能的事。

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本文摘自《宇宙使用手冊 : 如何在黑洞、時間悖論和量子不確定性中求生》

A User's Guide to the Universe: Surviving the Perils of Black Holes, Time Paradoxes, and Quantum Uncertainty

世茂出版 2013新春即將發行

如果你和一束光線一起穿梭宇宙，光的速度有多快？

上帝是否在跟宇宙玩擲骰子遊戲？

如果掉進黑洞會怎樣？

宇宙外面有什麼？

大霹靂之前有什麼事？

什麼是暗物質？

還有好多好多……

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