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科学现场调查：通古斯外星飞船之谜: 通古斯陨石是一个微弱的黑洞

admin 科学现场调查 2017-08-23 08:10:48 宇宙理论能够琴弦进行

　　现在，出现了两种非常重要的理论，第一个名为环圈量子重力。这个理论完全地继承了的相对论中的精华部分，但是改变了与量子理论之间的关系。在过去很长一段时间里，环圈量子重力领域已经有了长足的发展，并且取得了一些重大成果。但是，想要解决重力的量子化，还需要继续进行改革。1934年曾经出现过类似的问题，那个时候，费米提出了弱核力有效理论，使很多理论物理学家感到十分困扰。想要在费米的量子理论领域做出突破的努力都以失败告终。后来科学家们发现，想要取得突破并非要使用新的技巧，而是要从根本上对这一理论进行改良。格拉肖、温伯格和萨莱姆在20世纪60年代晚期完成了这个任务。

　　第二个说法就是弦理论。这是真正对理论的革命性改良，因此我们将重点讨论这一理论；环圈量子重力理论也有很多拥趸，在这一理论的指导下也得出了许多相同的结论。在所有试图对宇宙大爆炸之初做出解释的理论中，弦理论是最成功的。这个理论中所谓的弦，是和小提琴的琴弦类似的物体。当小提琴手演奏时，会用手指把琴弦按在琴把上，并来回移动，目的是让琴弦的长度发生变化，改变琴弦的振动频率，使它发出不同音调的声音。如果将琴弦的尺度缩短到比原子还小，量子理论就会出面干涉，不让这根弦变得更短。

　　1968年，科学家们提出了弦理论。这种理论真正对的相对论进行了改良，并且能够更好地解释宇宙的本源。如果我们的宇宙是一个具有多重维度的薄膜，在高维空间中运动，那么宇宙大爆炸就可能是我们的宇宙与另一个平行宇宙发生碰撞的结果。这种碰撞可能会反复发生，宇宙中的星系会沿着沙漏状的路径在平行时空中来回穿越。

　　弦理论的基本概念是，基本粒子不是以点状存在的，而是一维空间的细长物体，就像琴弦一样。在数量众多的基本粒子中，每一种基本粒子的性质都十分独特。对应的在琴弦上可能反映出不同的振动频率。这样简单的理论是如何解释粒子之间的复杂相互作用的呢？把量子力学应用在振动的弦上，就能够表现出全新的性质。这套弦和小提琴的琴弦并无实质的区别，振动在弦上以光速向前传播。不管是对量子物理理论还是对宇宙学来说，这些性质都能带来重要的启示。

　　首先，弦理论中的量子弦大小存在区别。如果不考虑量子效应，小提琴的琴弦可以无限地对切再对切，一直重复下去，最终变成质量为0的粒子。但是到最后阶段，不确定性原理会发挥作用，防止弦最终小于10-34米这一尺度。这个无法继续向下分割的长度可以记为ls。这个数值是弦理论中引进的最新的常数，可以和光速c和普朗克常数h并驾齐驱。在弦理论中的每个方向，这个常数都具有决定性的作用。把可能为无限大或者无限小的物理量的上下限进行了严格的规定。

　　第二，即使一个量子弦的质量为0，也可以具有角动量。在经典物理学理论中，角动量是物质在围绕着一个轴旋转时具有的性质。因为计算角动量的公式需要使用到物质的质量数值，所以一个质量为0的物体不具有角动量。但是在量子力学范畴，一个微小尺度下的弦能够在质量为0的情况下，产生最多为两个h单位的角动量。这种特点十分具有优势，因为能够符合目前所有已知的基本作用力载体的性质，其中包括传播电磁力的光子和传递引力的引力子。在物理学的发展过程中，正是角动量使物理学家们注意到弦理论中包含量子重力。

　　第三，量子力学的弦理论，要求在日常存在的三维空间以外，存在其他的额外维度。在经典力学理论中，小提琴的琴弦无论在哪种时空的性质中都能够产生振动，但是在量子力学中，弦理论具有更高的要求。只有在时空高度弯曲的时候，琴弦才能发生振动。另外一个条件是三维空间之外存在一个包含六个额外维度的空间。

　　第四，在这个理论方程中出现的物理常数不具有一个任意的固定值。物理常数通常能够决定大自然的性质，包括常数和库伦常数等。在弦理论中，这些常数以场的形式出现，比如电磁场，并能够随时对它们的数值进行调整。在宇宙发展的不同时期，或者在宇宙中的不同区域，这些常数都可能具有不同的值。直到今天，这些常数在微小尺度上还会发生变化。如果能够观察到这种变化，就能进一步发展弦理论。

　　弦理论中的缩放子就是一种这样的场。在弦理论中，它是很关键的场，能够决定所有作用力的总强度。弦理论研究专家对这种缩放子十分着迷，因为这种场的值能够被重新定义为一个空间维度的大小，甚至给出一个具有11维空间的高维时空。

　　根据弦理论建立的宇宙模型，与我们通常所能见到的宇宙是有区别的。在此之前，科学家们通过对宇宙的微波背景辐射和超新星的距离进行测算，得出的结果证明宇宙是平坦的、毫无扭曲的迹象。那么，为何我们通过计算得出的宇宙模型和实际的观测结果不一致呢？

　　薛定谔在量子力学中提出的波函数，能够对量子级的物体的所有可能状态进行描述，而且可以将之转化为概率论的问题。教授想要找到的就是这样的一个函数，通过这个函数能够发现宇宙的大爆炸带来的产生各种宇宙形态的概率。从这个波函数的性质看来，宇宙发生一次大爆炸能够产生很多宇宙的可能性。其中的一些宇宙能够演化出生命，另一些则归于沉寂。在这无数个宇宙中，一个宇宙出现了太阳系，这个星系诞生了一种智慧生物，这就是人类。在各个宇宙中，生命的演化进程和模式都可能是不同的。

　　教授及其团队展开研究的弦理论目前并不是唯一的理论。还有一种说法认为宇宙常数是一个正值，而这种情况被看做是不稳定的。如果要建立这样的宇宙，就好比在地面上树立起一根木头。在木头达到最大稳态时，它能够保持直立，但是这种情况不会维持多久，它最终会失去平衡而倒下。所以如此看来，弦理论创造的宇宙模型似乎更加正确一些，而宇宙常数为负数时，两者能够自洽。在教授的最新研究成果中，证明了的广义相对论存在的缺陷与弦理论存在相关性。

　　另一位科学家埃尔托格认为，波函数推导出的其他各种各样的宇宙也在进行加速膨胀，这和我们所处的宇宙空间是一样的。因为按照波函数的性质，一个膨胀的宇宙是出现概率的结果。普林斯顿研究院的科学家胡安认为，要想理解这个问题，就要把教授提出的波函数当成是一种特殊的弦理论表达式。在埃尔托格看来，这不但是在数学意义上的关联，而且把波函数与弦理论优雅地结合到了一起。