第一一五章 想依靠量子力學(xué)穿越時空?那可能要搭車超弦理論!

　　“所以你是想要像班納所說的那樣，干脆改變原本發(fā)生的歷史，制造一個平行世界出來？”古一滿是疑惑的看向漢斯。“可這依舊會遇上過去時間點(diǎn)的所有人吧？”

　　“轟母拉！”漢斯突然喊到，古一的目光隨著漢斯的頭一同轉(zhuǎn)向了三個剛才一直在玩弄著海豹形態(tài)的漢斯軀體，然后一直隱形不想引起漢斯注意的馬猴燒酒們！“你應(yīng)該還記得，她運(yùn)用的時間魔法所造成的效果吧？至尊法師？”

　　“你的意思是，班納他的說法是錯誤的，其實(shí)并不會產(chǎn)生平行世界？”古一的眼睛放射出詫異而又驚喜的光芒！

　　“不不不，他們的科學(xué)理論我并沒有辦法證偽?！睗h斯的話讓眾人十分的疑惑，“但是現(xiàn)代科學(xué)的本質(zhì)是什么？科學(xué)是正確反映世界本質(zhì)與規(guī)律的理論，包括正確的概念、命題、原理與理論體系；其對象是客觀本質(zhì)與客觀規(guī)律，內(nèi)容是科學(xué)本質(zhì)與科學(xué)規(guī)律，形式是語言，包括自然語言與數(shù)學(xué)等人工語言。然而，普通人之中的科學(xué)家們的大多數(shù)，是無法觀測到魔法這一存在的啊……所以說，他的說法是基于他們對自己能夠觀測到、利用到的量子領(lǐng)域方式跨越時間，而得到的研究成果?！?p>　　“我不太明白，所謂的利用量子領(lǐng)域是如何做到跨越時空的？這簡直不可思議！”約翰急切的插嘴說到，“你知道有什么詳細(xì)的理論依據(jù)嗎？說一說！”

　　“這有些麻煩，可能會需要我先對一些現(xiàn)有的物理學(xué)理論，以及未來發(fā)展出來的物理學(xué)理論假說進(jìn)行敘述，但是我不確定會有幾個人能聽懂。”漢斯看到爺爺點(diǎn)頭確認(rèn)便繼續(xù)開始講述起來，“眾所周知，量子力學(xué)是研究微觀事物的，在微觀世界中，電子以及各種高能粒子，它們的運(yùn)動速度都是極高的，特別是中微子，其運(yùn)動速度非常接近于光速。而這些粒子顯然都是具有質(zhì)量的，因此在高速運(yùn)動的狀態(tài)下，它們都擁有著極高的慣性質(zhì)量，也就是說它們周圍的時間都極為緩慢，如果不考慮狹義相對論所描述的時間膨脹效應(yīng)，那么我們所計算而出的粒子壽命就會出現(xiàn)巨大的謬誤，因?yàn)檫@些高速運(yùn)動的微觀粒子的時間流逝速度和我們的并不相同。

　　于是，在狹義相對論的幫助之下，科學(xué)家們利用了一個公式精確計算出了電子高速運(yùn)動的時間，這個公式就是狄克拉公式。

　　由此可見，狹義相對論和量子力學(xué)不僅相融，而且是高度的契合。”

　　“沒錯，沒錯！量子力學(xué)加上狹義相對論和經(jīng)典場論相結(jié)合而成的量子場論！弱相互作用有四費(fèi)米子點(diǎn)作用理論。在弱相互作用中，李政道和楊振寧發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒?！奔s翰興奮的表示這個自己知道！“繼續(xù)，漢斯，繼續(xù)！雖然狹義相對論下的量子力學(xué)理論驗(yàn)證很完美，但是明顯不符合廣義相對論！目前來說，甚至還沒有一個假說，能夠讓兩者處在一個統(tǒng)一的理論框架下！”

　　眾人：？？？

　　……

　　他倆是在說啥？

　　“沒錯！后來的廣義相對論卻與量子力學(xué)是那么的格格不入，多年以來，愛因斯坦一直嘗試將引力融入到相對論之中，卻始終未能如愿。

　　任何一種力的傳播都需要傳播子，而引力恰恰沒有，或者說沒有被發(fā)現(xiàn)，這也就導(dǎo)致廣義相對論可以完美的闡釋所有引力效應(yīng)，但如果將其融入量子力學(xué)后就會發(fā)現(xiàn)處處矛盾。兩種無懈可擊的理論就是不能相容，這其實(shí)是一件很令人費(fèi)解的事情。”漢斯說的有些累，歇了口氣。

　　“我覺得--”讓想要打斷這爺孫倆的互動，但……

　　“你不要在這你覺得！我要理清楚我孫子的設(shè)想思路，不要胡亂插嘴！”約翰粗暴的打斷了讓未說完的話?！靶h斯，繼續(xù)～”

　　“不單是量子力學(xué)，麥克斯韋的電磁力同樣與之無法統(tǒng)一。1926年，愛因斯坦的同事克魯扎首先發(fā)表了一篇論文，而后波爾的同事對克魯扎的論文進(jìn)行了改進(jìn)，通過在原有的四維時空的基礎(chǔ)上，引入新的一維空間，從而能夠綜合愛因斯坦的重力方程式與麥克斯韋的電磁學(xué)方程式；這個理論就稱為克魯扎-克萊因理論，并且在該理論中，認(rèn)為多出的一維空間只存在于微觀結(jié)構(gòu)之下，因此在現(xiàn)實(shí)世界中無法觀察。然而由于當(dāng)時的科學(xué)家對于這種無法觀測的高維理論缺乏興趣，同時適逢量子理論的誕生，因此科魯茲-克萊因理論無疾而終，但是這種高維卷曲的思想，卻成為了后續(xù)弦理論的思想基礎(chǔ)，顛覆了所有人的時空觀?！?p>　　“弦理論……”梅麗爾搖了搖頭，“這個理論的研究已經(jīng)沉寂了好幾年了，70年代還能偶爾聽學(xué)校的那群數(shù)學(xué)教授對物理學(xué)教授們說起，近幾年一點(diǎn)消息都沒有了?！?p>　　“那主要是因?yàn)橥诘牧孔由珓恿W(xué)的問世，能夠完美的解釋粒子的強(qiáng)相互作用，成就了弦理論的初衷，因此量子色動力學(xué)自然就逐漸搶了弦理論的風(fēng)頭，弦理論再次被大家扔到了舊紙堆中。而量子色動力學(xué)則逐漸完善，最終發(fā)展了標(biāo)準(zhǔn)模型理論，能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力進(jìn)行統(tǒng)一的解釋，并且能夠通過物理實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，成為在當(dāng)前粒子理論物理學(xué)的主流理論。

　　有些扯遠(yuǎn)了還是回歸到弦理論，真正弦理論的誕生要到大概接近半個世紀(jì)以后。1968年，為了解釋當(dāng)時發(fā)現(xiàn)的核間的強(qiáng)相互作用力，意大利的物理學(xué)家維亞那多(Gabriel Veneziano）偶然發(fā)現(xiàn)了通過歐拉Beta函數(shù)，可以非常完美的描述幾乎所有的粒子間強(qiáng)相互作用的規(guī)律：角動量與質(zhì)量平方之間成正比的關(guān)系，即一條直線。根據(jù)維亞那多的模型，粒子可以視為粒子可以視為在某空間的延伸量，就是一條線段，或者一條弦。這些弦由兩個反方向的力保持了微妙的平衡，一個是張力，使得弦的兩端靠近；一個加速力，會使弦的兩端分離。做一個近似的類比：弦就類似于飛機(jī)的螺旋槳，隨時隨地都在轉(zhuǎn)動；離心力使得弦的兩端在分離，而向內(nèi)的張力，則保持了弦的平衡。

　　弦理論的提出，給物理學(xué)家提出了一種嶄新的物質(zhì)觀，以前我們都把物質(zhì)的基點(diǎn)看做一個無限小的質(zhì)點(diǎn)，而弦理論則將其看做一條一維足夠細(xì)小的線段；并且根據(jù)早期的弦理論，基于數(shù)學(xué)推導(dǎo)的原因，為了實(shí)現(xiàn)理論的自洽，需要擴(kuò)展到高達(dá)26維的空間上才行；這就讓弦理論成為一種玄學(xué)，當(dāng)時的物理學(xué)家對于這種如此高維的時空，根本毫無概念，也無法通過試驗(yàn)方法對這個理論進(jìn)行證偽；一個無法證偽的理論，當(dāng)然也無法認(rèn)可為是一個有效的物理理論。

　　不過，雖然標(biāo)準(zhǔn)模型不論從理論上，還是實(shí)驗(yàn)上都能對物質(zhì)有非常完美的解釋，以及精確的語言，但是從數(shù)學(xué)的角度來講，這卻并不失為一個具有『美』感的理論；為了解釋物質(zhì)及其相互作用力，標(biāo)準(zhǔn)粒子模型構(gòu)建了61種粒子模型，分為了費(fèi)米子和波色子兩類；如果再包括重力子，則總的粒子數(shù)達(dá)到了62種之多。各種物質(zhì)，及其相互之間的作用力，都是由這62道食材拼湊的結(jié)果，所以這個理論也是名副其實(shí)的雜盤理論。

　　所以很多物理學(xué)家語言，標(biāo)準(zhǔn)粒子模型并非終極的物理理論，而極大可能是這個終極理論的中間態(tài)。

　　雖然弦論被大多數(shù)的物理學(xué)所鄙視，但是它本身所具備的數(shù)學(xué)美感，卻仍然讓少數(shù)的物理學(xué)家對它癡迷；在這個過程中，物理學(xué)家通過弦理論已經(jīng)很好的解釋了波色子，在1970年，史瓦茲(John Schwarz )和他的同事南夫(Andre Neveu)發(fā)現(xiàn)可以描述費(fèi)米子的弦論；但是這個描述費(fèi)米子的弦理論卻產(chǎn)生了一些實(shí)驗(yàn)上無法驗(yàn)證的粒子。這種粒子具有靜態(tài)質(zhì)量為零，但是擁有的自旋數(shù)為2。經(jīng)過一段時間的研究，才發(fā)現(xiàn)這個粒子的描述，就是對量子重力場理論中假設(shè)的重力子的描述，從而發(fā)現(xiàn)了弦理論對重力場的微妙關(guān)系。

　　史瓦茲和格林在1980年發(fā)現(xiàn)超弦在十維中存在反常相消，1984年格林和史瓦茲沿這個方向推進(jìn)了一大步，構(gòu)造了一種特殊的弦模型，它具有時空的超對稱，因而稱為超弦理論。對稱概念是物理學(xué)家最有用的工具之一。數(shù)學(xué)上，當(dāng)一個方程組的單元之間發(fā)生了互換(變換)，而整個集體仍然顯出同樣的性質(zhì)，我們可稱之為對稱。對稱的概念之所以在發(fā)展理論時有價值，是因?yàn)樗捎糜谥该鞔笙鄰酵サ氖挛镏g的重要相似點(diǎn)。

　　當(dāng)時空維數(shù)等于十，內(nèi)部對稱群為SO(32)時，這個理論不存在反常。超弦理論頗有說服力地證明，曾讓早期弦理論困惑的有關(guān)量子力學(xué)的矛盾全都是可以消解的。事實(shí)上，他們得心應(yīng)手地處理了所有的數(shù)學(xué)上的自洽性問題，諸如超光速的快子、由點(diǎn)粒子模型所引起的無窮大、對稱性反常、高維自由度與超對稱的引入等等。他們甚至還證明，弦理論有足夠能力去容納4種基本力。不利用“弦”就顯然不可能建立一個數(shù)學(xué)上調(diào)和的量子引力理論。相反地，不包括引力，看來也不可能建立一個數(shù)學(xué)上一致的弦論。超弦計算，即使包括引力在內(nèi)，決不會產(chǎn)生“無限大”。從1984年到1986年，是所謂的“第一次超弦革命”時期。

　　后來人們經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，在十維空間中，實(shí)際上有5種自洽的超弦理論。對一個統(tǒng)一理論來說，5種可能性還是稍嫌多了一些。因此，過去一直有一些從更一般的理論導(dǎo)出這些超弦理論的嘗試，直到1995年人們才得到一個比較完美的關(guān)于這5種超弦理論統(tǒng)一的圖像，稱之為M理論。將5種超弦理論和十一維超引力統(tǒng)一到M理論無疑是成功的，但同時也向人們提出了更大的挑戰(zhàn)。M理論在提出時并沒有一個嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表述，因此尋找M理論的數(shù)學(xué)表述和仔細(xì)研究M理論的性質(zhì)就成了超弦理論研究熱點(diǎn)，從而點(diǎn)燃了“第二次超弦革命”。

　　隨著M理論的不斷完善所取得的成果有：

　　1、成功的將量子理論和相對論統(tǒng)一在了統(tǒng)一理論框架下；

　　2、具有回答關(guān)于自然最基本的物質(zhì)構(gòu)成和力的初始問題的能力；

　　3、在宇宙學(xué)上，超弦理論成功的解釋了霍金提出的黑洞的熵和輻射問題，這也是第一次從微觀理論出發(fā)，利用統(tǒng)計物理和量子力學(xué)的基本原理，嚴(yán)格推導(dǎo)出了宏觀的黑洞的熵和輻射公式；

　　這些未來會發(fā)展出的更深的弦理論學(xué)說，不只是描述“弦”狀物體，還包含了點(diǎn)狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙?！?p>　　“所以你認(rèn)為，古一她宇宙中的這個綠皮猛漢科學(xué)家，利用量子領(lǐng)域穿越時空的理論依據(jù)，便是基于超弦理論？”約翰一邊思索一邊緩慢的問到。

　　“應(yīng)該說，這是目前我唯一知道的，量子力學(xué)能夠與廣義相對論處于統(tǒng)一的理論框架之下，并且能夠與時間、空間產(chǎn)生一定關(guān)聯(lián)性的理論。”漢斯想了想后，又開口補(bǔ)充了一下，“大概他們還有其他的基礎(chǔ)物理研究的突破，畢竟他們宇宙的各種科學(xué)發(fā)展比魔法還魔幻?；蛟S可以把抑制力們叫回來，然后讓她們把她們世界的愛因斯坦、普朗克、玻爾、薛定諤、狄拉克、玻恩這些物理學(xué)家的英靈全都帶過來研究研究？”

　　“Stop！”看著約翰有些蠢蠢欲動的樣子，梅麗爾捂著額頭急忙對著漢斯喊停！“理論上的先說這么多吧！我覺得大家大概可能也許或多或少都明白了！”眾人紛紛點(diǎn)頭表示對梅麗爾的話表示贊同！