关于宇宙，弦理论能告诉我们些什么(2)

进人深处

在过去的70多年中，为了实现大统一，科学家已提出了许多理论方案，但这些理论中的大多数都存在严重的数学问题。例如，有时计算得到的概率会是负值或者超过100%。根据其中一个模型，计算发现存在超光速运动的粒子，科学家将其称为快子。

但是，从20世纪80年代初开始，有一个有趣的方案受到了众多物理学家的追捧。

根据标准模型，粒子都是点状的。也就是说，无论科学家怎么想办法探测一个粒子的内部结构，他们得到的都不过是一个更小的能量“点”，它呈现出这个粒子的所有特性:质量、电荷和自旋。这会引发严重的数学问题。想象一下，把一个电子的质量和能量挤压进一个越来越小的球体内，最终，它会变成空间中一个无穷小的点，此时，它的质量和能量密度则会变得无穷大。这个无穷大会使得任何涉及质量和能量密度的计算都变得不可行。因此，大约在30年前，物理学家提出了一个解决办法，用不会消失的其他构形来代替粒子的内部形状，例如闭合的能量环，即弦。

 

 

关于宇宙，弦理论能告诉我们些什么

 

基本的想法是，每一个物质粒子（电子、夸克、中微子等）以及每一个传递相互作用的粒子（光子、胶子、中间矢量玻色子和引力子）其实都是某种微小的一维环。它可以是开放的，有两个端点，也可以是闭合的，构成一个环。当这个一维弦环随时间运动时，它会扫过一个二维的表面。它还可以分裂成两个不同的弦环，构成两个闭合的表面。这些表面被称为世界面。一根弦分裂成两根，则对应于一个粒子衰变成两个。把这个过程反过来，两根弦变成一根则对应于两个粒子的碰撞和并合。这些环也能向琴弦那样振动，其振动的精确方式决定了它所代表的基本粒子的确切特性。对应于大质量粒子的弦振动的频率较高，反之亦然。

 

 

关于宇宙，弦理论能告诉我们些什么

 

那么这些弦看上去像什么呢？先问个问题，你最近一次碰到一维的东西是什么时候？其实我们从来就没有看到过这样的东西，更不要提它们是什么样子了，比如颜色、质量、大小，等等。我们试图描述的弦的每一个特性都植根于我们的三维经验。于是，一个基本的问题是，这样一个物理实体具有的特性是否超出了我们的经验？幸运的是，这在数学上根本不是问题。这也正是物理学家可以精确处理一维弦的原因。