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时间有没有起点?

(2004年06月04日 17:49:11)

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大霹雳,真的是时间的开端吗?

撰文/维纳齐亚诺(Gabriele Veneziano)
翻译/林世昀




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责任编辑:skylook

如果我们的宇宙是一片多维膜,在更高维度的空间中漫游,大霹雳也许就是我们的膜和另一片平行膜的碰撞。碰撞可能会一再地循环发生。每个兴系循著沙漏状的路径穿越时空。

 

弦论最基本的观念是,基本粒子并非点状,而是无限细的一维物体,也就是弦。在基本粒子的庞大家族中,每种粒子皆有它自己的特质,这反映在一条弦许多可能的振动模式上。这样一个简单的理论,怎么能够描述粒子与作用力的复杂世界呢?答案可以在我们所说的量子弦魔术中找到。一旦把量子力学套用在振动的弦(和小提琴弦没两样,只不过其上的振动以光速传播)上头,崭新的性质便出现了。对粒子物理和宇宙学来说,所有这些性质都有著深奥的启示。

首先,量子弦的大小有限。若不考虑量子效应,一条小提琴弦可以对切、对切,再对切,如此一直下去,终究会变成一些无质量的点状粒子。可是海森堡测不准原理最后会介入,防止最轻的弦被切到10-34公尺以下。这个不能再分割的长度量子,记做ls,是弦论引进的全新自然常数,和光速c与普朗克常数h并列。它几乎在弦论中的每个面向,都扮演著决定性的角色,为可能会跑到零或是无限大的物理量,设定了上、下限。

其次,就算没有质量的量子弦,也可以有角动量。在古典物理中,角动量是物体以某个轴旋转所具有的性质。角动量的公式是速度、质量以及物体到转轴距离三者的乘积;因此一个无质量的物体是没有角动量的。可是量子涨落改变了情况。一条微小的弦,可以在没有质量的状况下,取得至多两个h单位的角动量。这项特色是很受人欢迎的,因为它精确地吻合所有已知基本作用力载体(如传播电磁力的光子以及重力的重力子)的性质。历史上,角动量正是让物理学家注意到弦论中含有量子重力的关键。

第三,量子弦要求在寻常的三维空间之上,还要有额外维度的存在。古典的提琴弦不管时空的性质如何都可振动,但量子弦可就挑剔多了。除非在时空高度弯曲(与观测结果矛盾),或是含有六个额外的空间维度下,描述振动的方程序才不会有矛盾之处。

第四,物理常数(出现在物理方程序中,并决定大自然的性质,如牛顿常数与库仑常数)不再具有任意选定的固定值。它们在弦论中以场的形式产生,就象是电磁场一类,可以动态地调整它们的数值。这些场可能会在不同的宇宙时期,或是在空间中相隔甚远的区域,具有不同的值;甚至到了今天,这些常数也可能还会有微量的变化。要是观察到任何这类变化的话,可就是弦论的一大进展了(编按:相关文章即将登场)。

「缩放子」(dilaton)便是这种场,对弦论来说是主要的关键;它决定了所有作用力的总强度。缩放子也让弦论学家著迷,因为它的量值可以重新解释为一个额外空间维度的大小,而给出一个11维时空。

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文章评论(1):
  1. 放屁!不想看了 (2007年03月15日 07:20:02 - 游客)
    如果像氢气球一样,我没什么速度,只不过一直向上升,然道不能离开地球吗?注意我一直往地球引力的反方向上升,而没有外星的其它方向引力!

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