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……
 

「這本書真叫人愛不釋卷!作者解釋物理學和宇宙學各種主題時,幽默風趣,內容應有盡有,包括夸克、類星體、電子、外星人等等。不管你想要建造時光機或傳送器,或是想知道為什麼好奇心會殺死薛丁格的貓,都可以在這本書裡找到答案,書中不但解釋得清清楚楚,還附有令人印象深刻的插圖。如果你想知道近年來物理學和天文學令人振奮人心的新發現,我大力推薦這本書。」──理查哥特J. Richard Gott 普林斯頓大學天文物理學教授著有《愛因斯坦宇宙中的時光旅行》

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從相對論到大型強子對撞機等近代物理學中的重大發現,都可以從這本書平易近人、爆笑風趣的風格中得到認識,我們保證你在閱讀過程不會煩悶。

現在就舒舒服服坐下來,輕鬆享受一趟現代物理學探索之旅吧。以後,憑著對詭異的量子世界、相對論的時空概念、擴張的宇宙等等的了解,你還可以大肆在眾人面前好好誇耀一番。

更何況,說不定你還真的可以學到些什麼喔。

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