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原始宇宙的问题。
……设想在 t = 0 时刻,或接近 t = 0 的某个时刻,存在一个粒子。假设它发出某种信号,例如电磁辐射。该信号将以光速 c 传播。经过时间 t 后,球面波的半径将达到 ct,这一范围被称为“视界”。然而,两个假定与“宇宙背景”(即“共动”)相联系的粒子之间的膨胀与分离规律呈抛物线形态(距离随时间按 t²/³ 增长)。当我们回溯时间时,总会找到某个时刻 t < th,那时粒子之间在物理上无法相互交流,因为它们彼此远离的速度“超过了在接近 t = 0 时刻发出的电磁波的传播速度”。
……下图描绘了宇宙这种自我封闭的状态:每个粒子所关联的白色球体代表邻近粒子若要实现通信,必须位于的区域。然而,这些球体彼此并不相交,而要等到很久以后才会发生交叠。
……因此,很难解释原始宇宙所展现出的惊人均匀性,而其化石痕迹正是温度为 2.7 K 的宇宙微波背景辐射。
……目前流行的理论是林德提出的“暴胀”理论,而这正是该理论唯一的依据。不深入细节的话,这一理论认为原始宇宙具有一个超宇宙常数(且该常数随时间变化!),它代表了一种“真空的排斥力”,其强度令人难以想象。这种排斥力导致宇宙以一个极高的倍数膨胀——十的若干次方倍……
起源问题。
那么,究竟什么是 t = 0 这个时间?它是否具有意义?
……当我们回溯时间,宇宙“流体”的温度不断升高。具有非零质量的粒子的热运动速度也随之增加。最终,这种速度会达到相对论速度。事实上,当 t 趋近于零,温度 T 趋近于无穷大时,粒子的个体能量也趋于无穷大,其速度趋近于光速 c。此时,固有时遵循如下规律:
……当速度 v 趋近于 c 时,固有时在时钟中“冻结”。即使从概念上,定义一个时钟也变得困难。
……由此可见,标准模型远非完美。上述问题清单也并非详尽无遗。基础物理学同样面临类似难题。超弦理论通过将维度扩展(多达十维)来解决这些问题。然而,十维几何仍是一片晦暗难明的丛林。虽然二维曲面的奥秘已逐渐解开,但三维和四维超曲面的分类工作仍待完成。
……此外,当我们在宇宙中增加维度时,每增加一个维度就会出现相应的特征长度。而这些长度无一例外地……正是普朗克长度。而长度意味着波长,而波长又与能量相关,遵循如下关系:
……普朗克能量极为巨大。若要用经典技术实现它,需要一个直径相当于整个星系的加速器。实验物理学家们只能仰天长叹。
……日本裔理论物理学家三浦明(Michio Kaku,《超空间:穿越第十维度的科学之旅》,牛津大学出版社,1995年)提出了一个颇具趣味的个人解读:他认为超弦理论只是比当前技术提前了几世纪而已。在目前的技术水平下,它不过是一种朋友间消遣的方式。
阿斯彭研讨会。
……1996年,著名期刊《科学美国人》刊登了记者马杜希里·穆克吉撰写的关于在科罗拉多州阿斯彭举行的一场超弦理论研讨会的报道。文章风格堪称马克斯兄弟(Marx Brothers)式的幽默:
……正如作者所提及,1986年曾有人请芝加哥大学的杰弗里·A·哈维用七个词定义超弦理论。他的回答是:
- 噢,主啊,你为何离弃我?(Oh, Lord, why have you forsaken me?)
但文章指出,上帝似乎通过发现一种新的对称性——“对偶性”——作出了回应。
……最乐观的超弦理论家威滕认为,这种对偶性不仅将引导我们走向“万物理论”(The Theory of Everything, TOE),还将解释“宇宙为何如此构成”。他相信,我们正逐步接近对量子力学深层本质的解释。
……事实上,真正投身于超弦理论研究的人寥寥无几。该理论在各个方面——包括数学层面——都过于复杂,以至于物理学家和数学家都望而却步。
……文章指出,这种“对偶性”使得基本粒子与复合物体可以相互交换。专家们于是设想出一些“团块”(密集的簇、花束、一团团),试图将其形象化为“刺猬”(hedgehogs)。To curl like a hedge-hog:像刺猬一样蜷缩成团。其他形象还包括“被矢量钉满的球体”,被称为“孤立子”(solitons)。
……但作者们也强调,即使这种对偶性存在,也永远无法被实证(“对偶性”在这里意为“双重本质”:英文字典释义)。因此文章进一步说明,某些复合结构可能因“纠缠”(tangled up)而等价于基本粒子,从而成为“基本对象”。
随后,人们提出了“镜像对称”(mirror symmetry)的概念,但收效甚微。
……1986年,伦敦帝国学院的达夫曾设想一种新实体“气泡”(a bubble)的振动。当弦在十维空间中扭动(wiggle)时,这些气泡则漂浮于十一维空间中。随后,达夫又设想了“五维膜”的存在,作为弦理论的另一种描述方式。他进一步提出,这些膜本身也可能像“香肠的外皮”一样缠绕起来。并提出了“弦-弦对偶性”(string-string duality)。
……1995年,威滕在伯克利发表演讲,推测达夫的“气泡”可能正是对应十维空间的某种特殊弦的孤立子。
……加州理工学院的施瓦茨(超弦理论的先驱之一)则补充道:
- 我本该去当卡车司机才对!
不管怎样,如今每天都有十篇新的超弦理论论文发表。
一个孤立子“看起来像一只长满毛的毛毛虫”,布满矢量,因此它“是弦的对偶对象”。
随后,达夫提出了“对偶性的对偶性”,即在空间之间的对偶。苏斯金德评论道:
“一个物体的大小和内部维度会在不同位置发生变化。”
唐森德则表示:
“膜转化为弦的孤立子,可能与弦具有同等地位。可惜,用膜进行的计算毫无意义。”
……人们开始探讨弦与黑洞之间的结合。霍金曾指出,黑洞能发射粒子,因此会损失质量并逐渐缩小。如果黑洞最初由弦构成(“弦状黑洞”),其演化过程将使其最终变为零尺寸的物体:“一个极端黑洞,实际上看起来更像一个粒子”。苏斯金德与斯特罗明格就此展开争论:
- 斯特罗明格的工作“非常出色”,但把这类东西称为黑洞,未免有些过分了。
作为参考,……