弦理論淺談，一維的“弦”演奏出大千世界，人類終極目標或將實現

組成我們大千世界的最小單元是什么？這是人類一直想弄清楚的問題。早在公元前幾百年，古希臘哲學家德謨克利特，就從哲學思辨的角度出發提出了原子論，萬物是由原子和虛空構成，原子就是組成物質的最小微粒。18世紀，英國物理學家道爾頓，正式提出了科學意義上的原子論。

經過幾代科學家的不懈努力，發展至今，我們知道了，原子遠不是組成萬物的最基本、最小微粒。原子由原子核與電子構成。原子核又是由質子和中子構成的。質子、中子又是由更基本的夸克所構成。如此搗下去，夸克又是由什么構成的呢？不好意思，以目前的技術水平，夸克已經“到頭”了。諸如，夸克、電子、膠子等等這些被統稱為基本粒子。它們大致可以分為三類，即強子、輕子、傳播子。

隨著研究的繼續，科學家們先后找到了好幾十種基本粒子，似乎這一套描述組成萬物最小單元的理論，不是那樣的“基本”。有沒有一套更簡潔、更本源的理論來描述物質的組成？的確存在這樣一套優美的理論——“弦理論”。

其實，早在1968年，科學家們在尋找描述強力的數學公式時，便創立了弦論的雛形。這套理論的基本觀點是，自然界的基本單元不是電子、光子、夸克之類的點狀粒子，而是很小很小的處在一維的線狀“弦”，它有開弦與閉弦兩種結構。弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子，能量與物質之間是可以相互轉化的。在上世紀90年代，愛德華·維頓提出了集大成的M理論，他認為我們的宇宙除了長、寬、高外，共有11個維度，只是其他維度嚴重卷曲，弦在這些維度的振動才產生了我們的世間萬物。

用這樣一套離經叛道的理論來解釋萬物的成因，可想世人會如何看待弦論——無視之。當初，描述微觀世界的量子力學剛興起時，好歹還有波爾帶領著哥本哈根學派為了它，與愛因斯坦唇槍舌劍。可是，學界對于弦論壓根就是難得搭理。直到一天，弦論的擁躉用閉弦推導出了引力子。這下學界可炸了鍋了，眾人紛紛轉變態度，開始仰視弦理論。為何引力子會讓弦理論一下子變得炙手可熱，還被譽為“終極大一統理論”？

“引力子”顧名思義，這種基本粒子就是傳播引力的粒子。我們知道宇宙存在四大力基本力，即引力、電磁力、強力、弱力。而“力”的實現，是需要靠交換粒子的。好比，兩個實驗者，他們穿著溜冰鞋站在冰面上，甲向乙丟去一個小鐵球，乙接住鐵球，會感受到力，并往后滑一小段距離。這個小鐵球便是我們上文提到的傳播子。

電磁力交換光子而實現傳遞。微觀世界的強力，是夸克之間通過交換膠子而實現的。弱力則是靠w、z玻色子傳遞的。那引力呢？當然是“引力子”。這脫口而出的三個字，卻在證明上舉步維艱，學界經過幾十年的尋找，無論是大型強子對撞機里，或是宇宙射線中，都難覓引力子的芳蹤。

如今，科學家用現有的量子理論已經可以很好地統一強力、弱力和電磁力了，唯獨引力無法納入其中。但是在弦論中，引力子被成功導出，四大基本力完成了統一。它還有一個重要的意義，就是可以完美地嵌合微觀領域和宏觀世界。雖然，愛因斯坦的廣義相對論很好地描述了宇宙，詮釋了引力。但若是深入微觀量子世界，它就力不從心了。量子力學成功地解釋了微觀粒子那些詭異的行為，但用于宏觀世界卻格格不入。

弦理論則從更基礎、更本源著手，用一維弦的振動詮釋了宇宙萬物，統合了宏觀、微觀。物理學家幾個世紀的大一統夢想終于有望實現了，僅有一個“公式”就足以描述大千宇宙的運行規律。我們的宇宙原來就是“弦”在空間中演奏出來的宏偉交響曲！

寫在最后的話，雖然弦理論是當下最熱門的大一統理論。但其目前終究只是華麗的數學技巧，堆砌起來的空中樓閣。以如今的技術水平去驗證弦理論難如登天，據推算，要在對撞機里，撞出“弦”，至少要把對撞機的直徑擴大到整個太陽系才有可能……

（好了，弦理論今天我們就聊到這里，小編才疏學淺，能力有限，文章肯定有許多不足之處，大家姑且一覽，權當消遣時間就好。）

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