每天读本书Day87-《宇宙的琴弦》

内容介绍

《宇宙的琴弦》作者布赖恩·格林是世界顶尖的物理学家，牛津大学物理学博士，哥伦比亚大学数学和物理学教授。

本书讲述了弦理论产生的背景、基本思想和观点，介绍了弦理论对物理学的影响。

1、为什么需要弦理论？

广义相对论和量子力学已经被无数的实验和事实所验证，它们都是正确的，一个能够解释宏观世界，一个解释微观粒子。但是在某些特殊场景中，比如在黑洞的中心、大爆炸时刻的宇宙，物质质量大而尺度小，这时我们既需要广义相对论，也需要量子力学。然而，当两个理论的方程结合起来时，好好的物理问题却得不出有意义的答案。也就是说，此时二者发生了矛盾。

直到弦理论的出现才基本解决了这个矛盾。

2、弦理论到底说了些什么？

弦理论认为，如果把电子和夸克等基本粒子放大，会发现它们是由一个个小环构成的，每个环都像是无限细的一维橡皮筋，在不停的振动。物理学家把这些振动的“橡皮筋”叫做弦。弦的不同振动模式，形成了不同的基本粒子。

弦理论认为，宇宙的空间结构是11维的。

物理学家通过数学推导发现，弦理论中的宇宙应该有十个空间维度，和一个时间维度，一共11维。在十个空间维中，有三个维度是展开的，也就是我们所感受到的三维世界，而其余的七个维度是蜷缩起来的。由于这些蜷缩的维度尺度太小，目前用最精密的仪器也无法观测到，所以我们感觉不到它们的存在。

弦理论认为黑洞和基本粒子本质上是一样的。

物理学家发现，任何两个黑洞，如果有相同的质量、力荷和自转，它们就是完全相同的，这跟基本粒子的性质是一样的。力荷是粒子对力的作用所产生的反应。我们平常说的电荷就是一种力荷，它是一个粒子对电磁力的反应。

物理学家从弦理论出发，经过极其复杂的计算，发现在某种情况下，大质量的黑洞能够转化为一个没有质量的粒子，在弦理论中，那就是一根以某种特殊方式振动的弦。

3、弦理论有什么用呢？

1）弦理论解决了量子力学和广义相对论的冲突，让我们离物理学的“终极理论”更近了一步。

在弦理论中，空间并不是可以无限分割的。基本粒子是有空间大小限制的，小到弦的平均长度就不能再小了，而弦的平均长度，就是普朗克长度，因此，在普朗克长度以下的空间涨落，都是我们想象出来的，所谓量子力学和广义相对论的矛盾也就不存在了。

弦理论在解决了广义相对论和量子力学矛盾的同时，实际上将引力纳入了弦理论的框架，因此在建立统一场理论的道路上迈出了重要的一步。

2）弦理论让我们找到了宇宙大爆炸的起点。

弦理论认为，在大爆炸的起点，宇宙不是无限小，而是在各个维度都有普朗克尺度，你可以把它想象成一个非常小的火球。这时宇宙的各个维度都蜷缩着，随着大爆炸的开始，三个空间维度生长出来，其余的维度还是保持普朗克尺度。三个展开的维度不断演化、膨胀，形成了我们现在看到的宇宙。

3）弦理论让人类穿越时空的梦想可能成为现实。

平行宇宙就像飘浮在空气中的一群肥皂泡，我们的宇宙只是无数肥皂泡中普普通通的一个，通常这些肥皂泡是分离的，但是，连接这些平行宇宙的虫洞可能是存在的。通过虫洞，人类就有可能在不同的“肥皂泡”间穿行，也就是实现时空穿越。