 |
|
尝试描述大霹雳时刻的理论，以弦论为第一把交椅。该理论所描述的弦，视一种很像小提琴弦的物体。当提琴手将手指按在琴把并往下移动，便是让琴弦缩短并增加弦的振动频率和能量。如果把一条弦缩减到比原子的长度还短，量子效应就会冒出来，防止它变得更短。
|
最受欢迎的是第一种方式。假定宇宙在早期曾经历一段加速膨胀的时期，称为暴胀（inflation）。在这个阶段之前，星系或其前身紧密地塞在一块儿，因此得以轻易地协调它们的性质。在暴胀期间，由于光速赶不上激烈的膨胀，它们便失去联系。暴胀结束之后，膨胀开始减速，因此星系又逐渐恢复联系。
物理学家将暴胀所迸出的能量，归因于大霹雳后约10-35秒，一个新的量子场「暴胀子」（inflaton）所储存的位能。和静止质量与动能相反，位能会使重力变成斥力。所以暴胀子会加速宇宙膨胀，而不像一般物质的重力会减缓膨胀。暴胀理论自从1981年提出以来，已经解释了各式各样的精确观测结果（参见《科学人》2004年3月号〈解开宇宙命运之谜的四把钥匙〉、延伸阅读1）。不过，还有好些理论上潜在的问题尚待解决。首要的问题，就是到底暴胀子是什么？还有如此巨大的初始位能是从何而来的？
第二种方式较不为人知，就是避开奇异点。假如时间不是从大霹雳开始，假如在目前的膨胀起始之前，宇宙就已存在一段很长的时期，物质便有充裕的时间平顺地把自己整理好。因此，学者已开始重新检视导出奇异点的推论过程。
其中，「相对论总是成立」这个假设是有问题的。靠近一般认定的奇异点时，量子效应应该已经很重要、甚至占有主导地位了。标准的相对论并不考虑这些效应，因此，接受奇异点的必然性，不啻是过份信赖这个理论。为要了解当时到底发生了什么事，物理学家得把相对论纳入量子重力理论才行。这个任务让爱因斯坦之后的理论物理学家伤透脑筋，而直到1980年代中期，还几乎是毫无进展。
以弦论开启宇宙之谜
到了今天，有两个出色的说法出现了。第一个叫做「环圈量子重力」（loop
quantum gravity），完整保留了爱因斯坦理论的精髓，不过却改变了欲符合量子力学条件的程序（参见《科学人》2004年2月号〈时空原子〉）。在过去许多年间，环圈量子重力的专家已有长足的进步，并获致了深刻的洞见；然而，要解决重力量子化的基本问题，这个理论的革命性也许还不够。类似的问题在1934年也出现过，当时费米（Enrico
Fermi）引进了他的弱核力有效理论，让粒子物理学家伤透脑筋。所有要建构量子费米理论所做的努力，都悲惨地失败了。结果真正需要的，并不是新的技巧，而是由格拉肖（Sheldon
Glashow）、温伯格（Steven Weinberg）与萨莱姆（Abdus Salam）在1960年代晚期的电弱理论所带来的根本翻修。
第二个说法我觉得比较有前途，那就是「弦论」（string
theory）。这是个真正对爱因斯坦理论的革命性改良，因此本文将聚焦于此；虽然环圈量子重力的支持者宣称，他们也得出了许多相同的结论。
弦论萌生于1968年，那是我用来描述核子（如质子和中子）及其作用力的模型。尽管一开始骚动不小，这模型还是失败了。几年后，量子色动力学（quantum
chromodynamics）大领风骚，它以更基本的夸克来描述核子，而弦论就被舍弃了。夸克局限于质子或中子之内，彼此就像用橡皮弦绑在一起一样。回顾起来，当初原始的弦论，其实已经抓到了核子世界中弦的面向。沉寂一段时间之后，弦论又以结合广义相对论和量子理论之姿，再度登场。
|
收藏到网摘:
相关信息:
