布赖恩·格林: 关于弦理论

Explore the World浩瀚星球

  • Explore the world会探讨与我们一起生活在地球的其他生命,我们的海洋,我们这个星球运行所依赖的物理法则,以及我们最珍贵的自然。
  • 本文作者:赵磊

    赵磊是蛋奶素食者,相信每个生命都是平等的,喜欢发现平常的东西中不平凡的一面。他喜欢TED的演讲,对于能够坚持自己理想并去实现它的人十分敬佩,也希望自己能成为那样的人。他认为TED不仅提供新的理念,而且为新理念的实现提供了现实的土壤。每次听TED的演讲,他都会觉得自己与世界都能变得更加美好,也因此他乐于帮助传播TED的理念。

    布赖恩·格林(Brian Greene)是哥伦比亚大学的物理学教授,主攻超弦理论。和霍金一样,布赖恩擅长用通俗的语言阐明复杂的科学理论,出版了如《宇宙的琴弦》(The Elegant Universe)等科普畅销书,创立了世界科学节(World Science Festival)以展示不一样的科学,并经常在类似《百家讲坛》的媒体中露面。

    TED.com: Brian Greene on string theory

    “四方上下曰宇,古往今来曰宙”,宇宙是时空的连续系统,其中充满了物质和能量。但物质和能量是怎么处于时空中的呢?布赖恩解释说,超弦理论认为构成万事万物的基本成分是以不同频率振动的弦,不同振动能量弦构成了不同的粒子,从而产生不同的物质和能量。这犹如琴弦以不同方式振动产生各种音符,进而构成不同的乐曲。

    其中,物体之间通过“力”相互作用。牛顿发现了万有引力定律,但引力从何而来?爱因斯坦认为“扭曲的空间”导致了引力的产生。试想没有物质的空间是一块细致扁平的布,加入物质如太阳后,空间发生类似织布的扭曲,于是,地球就围绕着太阳造成的曲面旋转。德国的数学家西奥多·卡鲁扎(Theodor Kaluza)在此基础上也用“扭曲”来描述电磁力。由于爱因斯坦已用三维空间为模型构建的方程式组描述了重力,卡鲁扎就加入一个新维度,来解释电磁力。那么,空间的额外维度在哪里? 瑞典物理学家奥斯卡·克莱因(Oskar Klein),维度有大小之分。我们能很容易地感知大维度,但对于卷曲在我们周围的小维度则很难被感知。

    维度和超弦理论有什么关系呢?超弦理论中的方程式在三维空间上不成立,四维上也不成立,只有在十个空间维度和一个时间维度上,超弦理论才能被解释。要合理地描述这个世界,只凭我们能感知的三维空间是不行的,需要加入有着错综复杂几何形状的额外维度。

    如何证明这些额外维度的存在呢?在欧洲大型强子对撞机(Large Hadron Collider,LHC)中相撞的粒子,如果撞击的能量够大,可能会使部分残骸进入额外维度,在我们这个维度中的能量就会减少,从而证明额外维度的存在。

    布赖恩说,为了将重力、量子力学、电磁力学统一起来,宇宙中必须拥有更多的维度,而在他有生之年,这些额外维度有可能就被证实,这是多么伟大的时刻和机遇。

    科幻中,平行世界、镜像宇宙和时间旅行等总让我们充满遐想,但似乎现实更加科幻。想像一下,我们每时每刻都会穿越超小的额外维度,却如同呼吸空气一样,浑然不觉。不过,为什么额外维度为什么是小维度?我们就能感知所有的大维度吗?不存在更多的维度吗?我们所处的世界真是妙不可言。

    相关视频:Hidden Dimensions: Exploring Hyperspace

    相关书籍:《宇宙的琴弦》(The Elegant Universe)

    相关论坛:飞翔科幻网

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