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探索大爆炸前的宇宙大爆炸是不是时间起点

>作者:科普教育  来源:世界未解之谜  更新时间:2007年11月28日 【字体:
宇宙就已经存在很长一段时间了,那么物质就有充裕的时间把自己的分布安排得比较平滑。因此研究人员已开始重新检视导出奇点的推导过程。

  推导过程中假设相对论始终有效,看来是大有问题的。在接近一般认定的奇点时,量子效应必定越来越重要,甚至起到主导的作用。正统的相对论没有考虑到这类效应,因此,认定奇点不可避免,无疑是过份相信了相对论。要弄清真正发生的情况,物理学家必须把相对论纳入到量子引力理论中。这个任务让爱因斯坦以后的物理学家伤透脑筋,直到1980年代中期,进展还几乎等于零。

  弦论的革命

  如今,有两个好方案出现了。第一个叫“圈量子引力”,它完整保留了爱因斯坦理论的精髓,只是改变了欲符合量子力学条件的程序[参见本刊2004年第3期Lee Smolin所著《量子化时空》一文]。过去几年中,圈量子引力的研究者取得了长足的进展,获得了非常深刻的认识。然而,或许对传统理论的革命不够深入,因而无法解决引力量子化的根本问题。类似的问题在1934年也出现过,当时费米(Enrico Fermi)提出了他的弱核力有效理论,令粒子物理学家大伤脑筋。所有建立量子费米理论的努力,全都悲惨地一无所获。结果真正需要的,并不是新的枝巧,而是在1960年代后期,格拉肖(Sheldon L·Glashow)、温伯格(Steven Weinberg)和萨拉姆(Abdus Salam)的电弱理论所带来的根本翻修。

  第二个就是弦论,我认为比较有前途。弦论对爱因斯坦理论进行了真正的革命性改造,本文将着重讨论;尽管圈量子引力的支持者声称,他们也得出了许多相同的结论。

  弦论萌生于1968年,那是我用于描述核子(质子和中子)及其作用力的模型。尽管在问世之初引起不小的轰动,这一模型最终还是失败了,让位给了量子色动力学。后者用更基本的夸克来描述核子,而弦论就被舍弃了。夸克被禁锢在质子或中子内,彼此就好似用橡皮弦把它们拴在一起。现在回顾起来,最初的弦论其实已经抓住了核子世界中弦的要素。沉寂一段时间之后,弦论又以结合广义相对论和量子理论的姿态,东山再起了。

  弦论的核心概念,是基本粒子并非点状物,而是无限细的一维实体,也就是弦。在基本粒子庞大的家族中,每种粒子都有自己的特性,这反映在一根弦有多种可能的振动模式上。这样一个看似简单的理论,如何能够描述粒子及其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到振动的弦(与小提琴弦没两样,只不过其上的振动以光速传播)上面,崭新的性质便出现了。所有这些性质,对于粒子物理学和

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