唐·王勃在《滕王閣詩序》中感嘆:“嗚乎!勝地不常,盛筵難再。” 這句話穿越千年,竟意外貼合了當(dāng)代物理學(xué)界的一種復(fù)雜心境。
![]()
2023年,物理學(xué)家楊振寧先生第二次在公開場合反對(duì)中國建設(shè)大型對(duì)撞機(jī),一句“高能物理盛宴已過”,如一顆石子投入平靜的湖面,引發(fā)了整個(gè)科學(xué)界乃至大眾的激烈爭議。
表面上,這場爭議的焦點(diǎn)是“大型對(duì)撞機(jī)是否值得建”;但本質(zhì)上,它關(guān)乎的是一個(gè)更深刻的命題:人類探索宇宙真理的腳步,是否已經(jīng)陷入了瓶頸?那些曾經(jīng)照亮文明前路的科學(xué)天才,如今是否再無用武之地?
人類歷史上,從不缺乏頂尖天才的身影。
正是因?yàn)橛辛怂麄兊拇嬖冢祟惒诺靡詳[脫蒙昧,構(gòu)建起壯麗的文明大廈,書寫出一個(gè)個(gè)震撼人心的科學(xué)神話。
回首近現(xiàn)代史300年,這是科學(xué)“群星閃耀”的黃金年代,他們的名字如璀璨星辰,照亮了人類認(rèn)知宇宙的道路:
哥白尼打破地心說的桎梏,伽利略用望遠(yuǎn)鏡開啟天文觀測(cè)的新紀(jì)元,牛頓奠定經(jīng)典力學(xué)的根基,費(fèi)馬、歐拉、高斯用數(shù)學(xué)搭建起科學(xué)的骨架,黎曼、伽羅瓦為現(xiàn)代物理學(xué)埋下伏筆,麥克斯韋統(tǒng)一電磁力,希爾伯特提出23個(gè)數(shù)學(xué)難題指引方向,愛因斯坦顛覆時(shí)空認(rèn)知,玻爾、狄拉克、哥德爾、圖靈、費(fèi)曼推動(dòng)量子力學(xué)的發(fā)展,拉馬努金以天才直覺點(diǎn)亮數(shù)學(xué)星空,楊振寧、外爾、威藤、霍金在當(dāng)代物理學(xué)前沿續(xù)寫傳奇……
![]()
他們并非個(gè)個(gè)家喻戶曉,有的甚至命運(yùn)多舛:拉馬努金出身貧寒,未接受過系統(tǒng)教育,卻憑一己之力推導(dǎo)出歐洲百年數(shù)學(xué)史的核心定理,32歲便英年早逝;黎曼才華橫溢,卻一生被病痛折磨,39歲便匆匆離世,留下的手稿成為后世物理學(xué)的重要基石;麥克斯韋低調(diào)內(nèi)斂,其統(tǒng)一電磁學(xué)的偉大成就,在他去世后才被世人廣泛認(rèn)可。但無論歲月如何風(fēng)云變幻,無論他們的命運(yùn)如何坎坷,我們最終必須承認(rèn):正是這些人,用思考力洞穿了宇宙的奧秘,構(gòu)成了人類文明不斷向前的基石。
他們本來和我們一樣,只是宇宙中一粒微不足道的塵埃,是滄海一粟,是時(shí)光中的過客。
但他們的大腦,卻擁有超越時(shí)空的力量——他們能從蘋果落地的瞬間,洞察萬物之間的引力聯(lián)結(jié);能從光線的傳播中,破解時(shí)空彎曲的密碼;能從微小的粒子運(yùn)動(dòng)中,探尋宇宙誕生的真相。他們用公式、演算和實(shí)驗(yàn),把人類對(duì)宇宙的認(rèn)知,從“天圓地方”的猜想,推向了“宇宙大爆炸”“多維空間”的科學(xué)認(rèn)知。
但如果有一天,這樣的天才再無用武之地了呢?
楊振寧先生的“盛宴已過”,并非危言聳聽,而是一位頂尖物理學(xué)家對(duì)當(dāng)代物理學(xué)前沿的深刻反思。他反對(duì)中國建設(shè)大型對(duì)撞機(jī),本質(zhì)上是對(duì)“基礎(chǔ)粒子研究”這一物理學(xué)最前沿領(lǐng)域,失去了曾經(jīng)的信心——這可是物理學(xué)終極理論的希望之所,是人類試圖破解“萬物之理”的核心陣地。
當(dāng)一位站在物理學(xué)之巔的科學(xué)家,對(duì)當(dāng)代最前沿的研究方向不再信任,這背后,是整個(gè)物理學(xué)界的集體困惑與憂傷,被稱為“物理學(xué)的憂傷”。
更值得深思的是,這并非楊振寧先生一個(gè)人的觀點(diǎn),而是很多頂尖物理學(xué)家的共識(shí):如今的理論物理學(xué),已經(jīng)開始走入空想主義的泥潭,那個(gè)被科學(xué)家們追尋了百年的“科學(xué)圣杯”——大統(tǒng)一理論,距人類愈發(fā)遙遠(yuǎn)。
![]()
依靠大型對(duì)撞機(jī)對(duì)基礎(chǔ)粒子的研究,從而推動(dòng)物理學(xué)向前躍進(jìn),似乎已經(jīng)走入了死胡同。
我們不妨靜下心來,回望近60年的物理學(xué)發(fā)展:近60年來,再無獲得全球科學(xué)界共識(shí)的偉大物理學(xué)理論問世;近60年來,也再無一位偉大的物理學(xué)家被奉為“科學(xué)燈塔”,指引人類前行;近60年來,更無任何激動(dòng)人心的全新理論得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
于是,有人發(fā)出了這樣的疑問:真的有一個(gè)超級(jí)文明,將我們的物理學(xué)鎖死了嗎?
要回答這個(gè)問題,要理解“盛宴已過”到底是危言聳聽,還是智者箴言,我們不妨回首人類物理簡史,從宇宙的本原開始,重新梳理物理學(xué)的發(fā)展脈絡(luò),讀懂那些天才們的探索與堅(jiān)守,也讀懂當(dāng)代物理學(xué)的困境與迷茫。
要理解物理學(xué)的前沿與困境,首先要回到最根本的問題:宇宙是從什么時(shí)候開始的?它最初的樣子,是什么模樣?
![]()
現(xiàn)代科學(xué)普遍接受“宇宙大爆炸”理論(英文名為Big Bang),這一理論并非空想,而是有兩大堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐:哈勃紅移和宇宙微波背景輻射。簡單來說,哈勃紅移現(xiàn)象告訴我們,宇宙中的星系都在不斷遠(yuǎn)離我們,這意味著宇宙正在不斷膨脹;而宇宙微波背景輻射,則是宇宙大爆炸后留下的“余溫”,就像一場大火熄滅后,空氣中殘留的熱量,它遍布整個(gè)宇宙,證明了宇宙曾經(jīng)經(jīng)歷過一次劇烈的爆炸。
很多人會(huì)好奇:那宇宙大爆炸之前是什么?是誰點(diǎn)燃了這場“大爆竹”?
![]()
其實(shí),這些問題并不屬于科學(xué)的范疇,而屬于哲學(xué)的領(lǐng)域。科學(xué)研究的是“可觀測(cè)、可驗(yàn)證”的現(xiàn)象和規(guī)律,而“爆炸之前”的世界,無法被觀測(cè),也無法被驗(yàn)證,因此超出了科學(xué)的研究范圍。
如果一定要死磕這個(gè)問題,就連牛頓這樣的科學(xué)巨匠,也會(huì)用“上帝是第一推動(dòng)力”來勉強(qiáng)解釋——這并非牛頓迷信,而是在當(dāng)時(shí)的科學(xué)水平下,無法找到更合理的答案。
宇宙創(chuàng)世的剎那,開始于一個(gè)極其微小的時(shí)間單位:10的負(fù)43次方秒,這個(gè)時(shí)間被稱為“普朗克時(shí)間”,是人類目前已知的最小時(shí)間存在。
![]()
或許你無法想象這個(gè)時(shí)間有多短:我們平時(shí)眨一下眼睛,大約需要0.1秒,而普朗克時(shí)間,相當(dāng)于0.1秒的10的42次方分之一——也就是說,把10的42次個(gè)普朗克時(shí)間加起來,才相當(dāng)于我們眨一下眼睛的時(shí)間。
這里需要特別注意:普朗克時(shí)間并不是一個(gè)“測(cè)量值”,而是一個(gè)“定義值”。它的計(jì)算公式是“普朗克長度除以光速”,其中光速是一個(gè)固定的定義值(c=299792458m/s=299792.458km/s),普朗克長度則是人類已知的最小長度單位(10的負(fù)33次方厘米)。
這兩個(gè)數(shù)值,都是科學(xué)家們通過理論推導(dǎo)得出的,無法通過現(xiàn)有技術(shù)直接測(cè)量——因?yàn)槿祟惸壳暗募夹g(shù)和工具水平,還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能企及到這個(gè)數(shù)量級(jí)。
根據(jù)目前科學(xué)界的共識(shí),我們可以梳理出一份詳細(xì)的“宇宙創(chuàng)世時(shí)間表”,每一個(gè)節(jié)點(diǎn),都藏著物理學(xué)的奧秘,每一個(gè)數(shù)字的背后,都是無數(shù)天才物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家嘔心瀝血的結(jié)晶:
![]()
10的負(fù)43次方秒:十維宇宙分裂成一個(gè)四維宇宙和一個(gè)六維宇宙。其中,六維宇宙迅速崩潰,收縮成10的負(fù)32次方公尺(比普朗克長度還要小);而我們今天所在的四維宇宙,則開始迅速爆炸,此時(shí)的宇宙溫度高達(dá)10的32次方度——這個(gè)溫度有多高?我們可以做一個(gè)類比:太陽核心的溫度大約是1500萬度,而宇宙大爆炸初期的溫度,相當(dāng)于太陽核心溫度的6.7×10的24次方倍,如此高溫下,任何物質(zhì)都無法存在,只有純粹的能量。
10的負(fù)35次方秒:大一統(tǒng)作用力崩解。在宇宙誕生的最初瞬間,所有的自然力都是統(tǒng)一的,被稱為“大一統(tǒng)作用力”,它包含了后來我們所知的所有作用力。但在這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn),大一統(tǒng)作用力開始分裂,為后續(xù)不同作用力的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
![]()
10的負(fù)9次方秒:電弱對(duì)稱崩解,此時(shí)宇宙的溫度下降到10的15次方度。電弱作用力分裂成電磁力和弱核力,這兩種作用力,后來成為塑造宇宙萬物的重要力量——電磁力構(gòu)建了原子、分子,弱核力則主導(dǎo)了放射性衰變。
10的負(fù)3次方秒:夸克開始凝聚,中子與質(zhì)子出現(xiàn),此時(shí)宇宙溫度為10的14次方度。夸克是構(gòu)成質(zhì)子和中子的基本粒子,它們的凝聚,為后續(xù)原子核的形成提供了基礎(chǔ),也是物質(zhì)形成的第一步。
3分鐘:質(zhì)子與中子開始凝聚成穩(wěn)定的原子核。此時(shí)宇宙溫度下降到10的9次方度,質(zhì)子和中子不再高速運(yùn)動(dòng),開始結(jié)合形成氫核、氦核等簡單的原子核,這是宇宙中第一批“物質(zhì)核心”。
30萬年:電子開始凝聚在原子核周圍,第一個(gè)原子出現(xiàn)。此時(shí)宇宙溫度下降到3000度左右,電子的運(yùn)動(dòng)速度減慢,開始圍繞原子核旋轉(zhuǎn),形成了穩(wěn)定的原子——這是宇宙中第一個(gè)真正意義上的“物質(zhì)”,也是我們今天所見萬物的基礎(chǔ)。
![]()
30億年:第一個(gè)似星體(quasar)出現(xiàn)。似星體是宇宙中最明亮、最遙遠(yuǎn)的天體之一,它的出現(xiàn),標(biāo)志著宇宙開始進(jìn)入“星系形成”的階段。
50億年:第一個(gè)星系出現(xiàn)。星系是由大量恒星、行星、氣體和塵埃組成的天體系統(tǒng),它的出現(xiàn),讓宇宙變得更加有序,也為生命的誕生提供了可能。
100~150億年:太陽系誕生,又經(jīng)過數(shù)十億年,地球上出現(xiàn)了第一個(gè)生命。我們的太陽系,只是宇宙中無數(shù)星系中的一個(gè),而地球,只是太陽系中一顆普通的行星,但正是這顆普通的行星,孕育了生命,孕育了人類,也孕育了探索宇宙的智慧。
![]()
看到這份時(shí)間表,你可能會(huì)覺得不可思議:這些時(shí)間、長度、溫度的數(shù)值,都如此極端,無法直接測(cè)量,科學(xué)家們是如何得出這些結(jié)論的?
答案很簡單:依靠天才的思考力和嚴(yán)密的科學(xué)推理。這份時(shí)間表里的每一個(gè)數(shù)字,背后都是一堆嚴(yán)密的公式和演算,都是無數(shù)物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家耗費(fèi)畢生心血的結(jié)晶——他們沒有辦法直接觀測(cè)到宇宙誕生初期的樣子,但他們可以通過現(xiàn)有的物理規(guī)律,反向推導(dǎo)宇宙的過去,就像偵探通過現(xiàn)場的痕跡,還原案件的真相一樣。
這就是科學(xué)的魅力,也是天才們的價(jià)值所在:他們能用思考力,穿越時(shí)空,觸摸宇宙的本原;能用公式和演算,把無法觀測(cè)的未知,變成可理解、可驗(yàn)證的科學(xué)結(jié)論。而這份創(chuàng)世時(shí)間表,也為我們指明了物理學(xué)的前沿方向——尋找宇宙誕生之初的奧秘,就是當(dāng)代物理學(xué)最核心的研究課題。
![]()
回顧了宇宙的極簡歷史,我們不禁要問:如今,物理學(xué)最前沿的研究領(lǐng)地在哪里?答案其實(shí)很簡單:尋找最古老的問題的答案,就是物理學(xué)最前沿的研究方向。而這個(gè)最古老的問題,就藏在宇宙創(chuàng)世時(shí)間表的第一個(gè)事件中——十維宇宙分裂。
![]()
要理解十維宇宙,我們首先要明白“維度”的概念。維度,簡單來說,就是“空間的方向”,我們可以通過幾個(gè)通俗的例子,輕松理解不同維度的空間:
一只在直線上行走的毛毛蟲,它只能前后移動(dòng),無法左右、上下移動(dòng),所以,我們把直線或曲線叫做“一維空間”;一只阿米巴扁平蟲,它可以在平面上前后、左右移動(dòng),但無法上下移動(dòng),所以,我們把平面或曲面叫做“二維空間”;一只鳥在我們的世界里,可以上下、前后、左右自由移動(dòng),所以,我們的空間叫做“三維空間”;而如果我們加上“時(shí)間”這個(gè)維度——我們的世界不僅有空間的三維,還有時(shí)間的一維,合稱“四維時(shí)空”,這就是我們?nèi)粘I钏芨兄降氖澜纭?/p>
![]()
依此類推,還會(huì)有五維、六維,甚至更高維度的空間。但很多人會(huì)疑惑:我們明明只能感知到四維時(shí)空,更高維度的空間真的存在嗎?
其實(shí),我們無法感知到高維度空間,并不代表它不存在——人類的大腦和眼睛,只是為了應(yīng)付三維空間和四維時(shí)空的各種情況演化出來的,它們不具備辨識(shí)和解析高維度空間物體的能力。
就像阿米巴扁平蟲,它只能感知到二維空間,無法理解三維空間的存在;如果有一個(gè)三維空間的物體(比如一個(gè)球體)穿過它所在的二維平面,它只會(huì)看到一個(gè)“從點(diǎn)到圓、再到點(diǎn)”的變化,無法理解這個(gè)物體的完整形態(tài)。
![]()
同樣,多維空間(四維以上)的生物,看我們的世界,可能也會(huì)像我們看二維平面上的圓圈一樣——內(nèi)外一目了然,因?yàn)樗麄儞碛懈呔S度的“上帝視角”。
這讓我們反思:我們所能感知的所謂“真實(shí)”,是不是也受限于我們自己的認(rèn)知條件?我們眼中的宇宙,是不是只是宇宙真實(shí)面貌的冰山一角?
而當(dāng)代物理學(xué)最前沿的理論,恰恰就與高維度空間有關(guān)——這就是“超弦理論”和“M理論”,它們的目標(biāo),都是完成愛因斯坦未竟的夙愿,構(gòu)建終極的“大統(tǒng)一理論”,把宇宙中所有的作用力和物質(zhì),都統(tǒng)一到一個(gè)理論框架中。
![]()
超弦理論認(rèn)為:宇宙真正的時(shí)空,其實(shí)是一個(gè)十維的空間,其中四維是愛因斯坦的時(shí)空流形(也就是我們的日常生活空間),另外一個(gè)和它“垂直”的,還有一個(gè)很小很小的六維流形——這個(gè)六維空間非常微小,小到我們無法直接觀測(cè),它蜷縮在普朗克長度的尺度上,就像我們平時(shí)看到的一根頭發(fā),從遠(yuǎn)處看是一維的,但如果放大來看,就會(huì)發(fā)現(xiàn)它有寬度和厚度,是三維的。
在這個(gè)十維空間中,有一種最小單位的“弦”縱橫其中。
我們可以用一個(gè)類比來理解:十維空間就像是宇宙這座大琴的音箱,而這些弦,就是琴上的琴弦。撥動(dòng)這些弦,會(huì)產(chǎn)生不同的音高與音色,而這些不同的振動(dòng)模式,就對(duì)應(yīng)著宇宙中的不同基本粒子——電子、光子、中微子、夸克等等,都是這些弦的不同振動(dòng)模式。
![]()
也就是說,宇宙萬物,本質(zhì)上都是“弦”的振動(dòng)產(chǎn)生的,就像一首壯麗的交響樂,每一個(gè)音符,都是弦的振動(dòng)。
而最新的“M理論”,則是由當(dāng)代物理巨匠威滕提出的,它結(jié)合了五種超弦理論和十一維空間的超引力理論,試圖藉由單一個(gè)理論,來解釋所有物質(zhì)與能源的本質(zhì)與交互關(guān)系。如果說超弦理論是“分岔的小路”,那么M理論就是“匯聚的大道”——它把不同版本的超弦理論統(tǒng)一起來,為構(gòu)建大統(tǒng)一理論,提供了更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
![]()
無論是超弦理論,還是M理論,都野心勃勃地想要統(tǒng)一廣義相對(duì)論與量子力學(xué)——這是物理學(xué)界的兩大支柱理論,但它們之間卻存在著不可調(diào)和的矛盾:廣義相對(duì)論擅長描述宏觀世界(比如星系、宇宙的演化),而量子力學(xué)擅長描述微觀世界(比如基本粒子的運(yùn)動(dòng)),但當(dāng)我們?cè)噲D用這兩個(gè)理論來解釋“宇宙大爆炸初期”“黑洞內(nèi)部”等極端場景時(shí),它們就會(huì)失效。而大統(tǒng)一理論,就是要找到一個(gè)“萬能公式”,既能解釋宏觀世界,也能解釋微觀世界,把所有的自然力都統(tǒng)一起來。
![]()
這,就是當(dāng)代物理學(xué)最前沿的研究方向——追尋終極的大統(tǒng)一理論,破解宇宙的終極密碼。而要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo),我們首先要做的,就是統(tǒng)一宇宙中的四種自然力。
構(gòu)建大統(tǒng)一理論的核心,就是統(tǒng)一宇宙中的四種自然力。
![]()
經(jīng)過兩千多年的探索,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),我們宇宙中的所有現(xiàn)象,無論多么復(fù)雜,都可以簡化成四種相互作用力——萬有引力、電磁力、強(qiáng)相互作用力(強(qiáng)核力)、弱相互作用力(弱核力)。理論上,宇宙間所有的現(xiàn)象,包括十維空間的奧秘,都可以用這四種作用力來解釋。
要理解大統(tǒng)一理論的意義,我們首先要清晰地認(rèn)識(shí)這四種自然力,它們各自有著不同的特點(diǎn)和作用,共同塑造了我們的宇宙:
電磁力:我們最熟悉的一種力,它包括電力、磁力和光本身,合稱為電磁力。電磁力的作用規(guī)律很簡單:電荷(或磁級(jí))正負(fù)相同為排斥力,相反為吸引力。它是由光子傳遞的,作用力的大小與電量成正比,與距離成反比,屬于“長程力”——也就是說,它可以在很遠(yuǎn)的距離上發(fā)揮作用。在四種力中,電磁力的強(qiáng)度排名第二。
![]()
電磁力與我們的日常生活息息相關(guān):我們家里的電燈、電視、手機(jī),依靠的是電磁力;我們看到的光,是電磁力的一種表現(xiàn)形式;我們使用的指南針,利用的是地球的磁場(電磁力的一種);甚至我們的身體,也是由原子構(gòu)成的,而原子內(nèi)部,電子與原子核之間的作用力,也是電磁力。可以說,沒有電磁力,就沒有現(xiàn)代文明,就沒有我們今天的生活。
強(qiáng)核力:它是四種力中最強(qiáng)的一種,也是最“神秘”的一種——它的作用范圍非常小,只有原子核內(nèi)部(10的負(fù)15次方米以內(nèi)),屬于“短程力”。強(qiáng)核力是夸克之間的吸引力,由膠子傳遞,它的主要作用是束縛質(zhì)子和中子于原子核中,防止原子核分裂。
![]()
強(qiáng)核力雖然作用范圍小,但它的能量極其巨大——恒星燃燒的能量,就是來自強(qiáng)核力(核聚變反應(yīng),本質(zhì)上是強(qiáng)核力將輕核融合成重核,釋放出巨大的能量);氫彈的爆炸,也是運(yùn)用了強(qiáng)核力的原理,其威力比原子彈大得多。如果沒有強(qiáng)核力,原子核就會(huì)分裂,原子就無法穩(wěn)定存在,宇宙中也就不會(huì)有任何物質(zhì),更不會(huì)有生命。
弱核力:它是四種力中強(qiáng)度排名第三的力,同樣屬于“短程力”,作用范圍比強(qiáng)核力還要小(10的負(fù)18次方米以內(nèi))。弱核力左右了部分放射性物質(zhì)的衰變形態(tài),是造成β衰變一類衰變的力,由希格斯粒子(W+、W-、Z0)傳遞,主要作用在夸克級(jí)的粒子上。
![]()
弱核力雖然強(qiáng)度不高,但它在宇宙的演化中扮演著重要角色——它可以讓中子轉(zhuǎn)化為質(zhì)子,從而促進(jìn)原子核的形成;在恒星內(nèi)部,弱核力也參與了核聚變反應(yīng),為恒星提供能量。此外,放射性元素的衰變,也與弱核力有關(guān),而放射性元素的應(yīng)用,已經(jīng)深入到醫(yī)療、能源、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。
萬有引力:我們最熟悉的另一種力,它是四種力中最弱的一種,卻是作用范圍最廣的一種——它可以跨越星系,作用于宇宙中的每一個(gè)物體,屬于“長程力”。萬有引力是由引力子傳遞的,作用力的大小與物體的質(zhì)量成正比,與距離的平方成反比。
![]()
萬有引力塑造了宇宙的宏觀結(jié)構(gòu):地球繞著太陽轉(zhuǎn),是因?yàn)樘枌?duì)地球的萬有引力;月球繞著地球轉(zhuǎn),是因?yàn)榈厍驅(qū)υ虑虻娜f有引力;星系的形成和穩(wěn)定,也是因?yàn)槿f有引力的作用。我們平時(shí)感受到的“重力”,其實(shí)就是地球?qū)ξ覀兊娜f有引力——它讓我們能夠站在地球上,不會(huì)飄向太空;它讓蘋果落地,讓雨水下落,讓我們的生活得以正常進(jìn)行。
看到這里,你可能會(huì)問:我們已經(jīng)清楚地認(rèn)識(shí)了四種自然力,為什么還要費(fèi)力去統(tǒng)一它們?統(tǒng)一自然力,對(duì)人類來說,到底有什么意義?
答案很簡單:一旦人類將所有的作用力整合成一個(gè)作用力,就相當(dāng)于掌握了宇宙的“終極密碼”。
到那時(shí),人類將能夠改變時(shí)空的結(jié)構(gòu),了解宇宙萬物的來龍去脈,讓物質(zhì)變得井然有序;我們可以任意地組合與改變粒子,制造出前所未有的物質(zhì)形態(tài);我們甚至能左右空間的維度數(shù),成為宇宙的主宰——這聽起來像是科幻小說,但卻是科學(xué)家們追尋大統(tǒng)一理論的終極目標(biāo)。
回望人類掌握“力”的歷史,我們就能明白,每一次對(duì)“力”的突破,都帶來了人類文明的飛躍:
人類誕生的歷史超過數(shù)千萬年,在99.99%的時(shí)間里,人類能夠掌握的能量,只是雙手和肌肉的力量,大概只有八分之一馬力——這意味著,我們只能依靠自身的力量,采集食物、搭建簡陋的住所,生活在蒙昧之中。
十萬年前,隨著手持工具的發(fā)明,人類的能量輸出倍增,達(dá)到一又四分之一馬力——工具的出現(xiàn),讓人類能夠更高效地獲取食物、抵御野獸,開始逐步擺脫蒙昧,進(jìn)入原始社會(huì)。
![]()
牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力和運(yùn)動(dòng)定律,讓力學(xué)被簡化成條理分明的方程組——現(xiàn)代機(jī)械原理催生出蒸汽機(jī),人類掌握的能量達(dá)到數(shù)十到數(shù)百馬力,進(jìn)入了工業(yè)時(shí)代,生產(chǎn)力得到了前所未有的提升,人類的生活方式發(fā)生了翻天覆地的變化。
![]()
麥克斯韋方程組的誕生,啟迪了愛迪生等發(fā)明家——人類進(jìn)入電力時(shí)代,能量級(jí)數(shù)獲得飛躍,電燈、電話、電報(bào)等發(fā)明相繼出現(xiàn),極大地改變了人們的生活,讓人類文明進(jìn)入了一個(gè)新的階段。
愛因斯坦的相對(duì)論,為人類打開了核能利用的時(shí)代——人類掌握的能量,提升到了足夠摧毀自己所居住的行星的程度,核能的應(yīng)用,既為人類提供了新的能源,也帶來了新的挑戰(zhàn)。
可以說,人類文明的每一次進(jìn)步,都伴隨著對(duì)“力”的認(rèn)知的突破。而統(tǒng)一四種自然力,就是人類對(duì)“力”的終極突破——它將讓人類從“掌握自然”,走向“掌控宇宙”,開啟一個(gè)全新的文明時(shí)代。
而在追尋統(tǒng)一自然力的道路上,涌現(xiàn)出了一批又一批的天才物理學(xué)家,他們前赴后繼,用智慧和汗水,為人類搭建起通往終極理論的橋梁。
在人類追尋統(tǒng)一自然力的道路上,黎曼是第一個(gè)真正意義上的“開拓者”。1854年6月10日,數(shù)學(xué)天才黎曼在德國哥廷根大學(xué)發(fā)表了《關(guān)于幾何基礎(chǔ)的假設(shè)》,這篇演講,撼動(dòng)了兩千年來從未被動(dòng)搖過的歐幾里德幾何學(xué),也徹底推翻了牛頓的“超距作用”原則。
![]()
在黎曼之前,歐幾里德幾何學(xué)被認(rèn)為是“絕對(duì)真理”,它的核心假設(shè)是“平面幾何”,比如“三角形三個(gè)內(nèi)角之和等于180度”“兩條平行線永遠(yuǎn)不會(huì)相交”。
這些結(jié)論,看起來符合我們的常識(shí)和直覺,因此被人們奉為圭臬,沿用了兩千多年。而牛頓的“超距作用”原則,則認(rèn)為:兩個(gè)物體之間的引力,不需要任何媒介,就可以瞬間傳遞——比如太陽對(duì)地球的引力,不需要任何東西作為媒介,就能瞬間作用到地球上。
但黎曼卻認(rèn)為,歐幾里德數(shù)學(xué)的根基,只是常識(shí)與直覺的流沙,而不是扎實(shí)的邏輯推演結(jié)果。
他提出:如果身處彎曲表面的世界,歐式幾何的結(jié)論就不成立了——比如在一個(gè)球面上,三角形三個(gè)內(nèi)角之和大于180度;兩條平行線,最終會(huì)相交(比如地球的經(jīng)線,在赤道上是平行的,但最終會(huì)在兩極相交)。
![]()
更具革命性的是,黎曼徹底推翻了牛頓的“超距作用”原則。他認(rèn)為:作用力并非來自物體之間的“吸引”,而是源自于幾何學(xué)——作用力只是由于幾何結(jié)構(gòu)扭曲所造成的必然現(xiàn)象。
在牛頓早已被奉為“科學(xué)之神”的年代,說出這樣的結(jié)論,需要何等的氣魄!
黎曼的偉大之處,不僅僅在于推翻了傳統(tǒng)的理論,更在于他為后續(xù)的物理學(xué)發(fā)展,奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),他的貢獻(xiàn)可以總結(jié)為三點(diǎn):
他以多維空間理論,簡化了所有自然作用力——他認(rèn)為,電力、磁力和重力一樣,都只是高維空間彎曲產(chǎn)生的結(jié)果。這一觀點(diǎn),為后來愛因斯坦的廣義相對(duì)論,提供了核心的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
![]()
他提出了“蟲洞”的概念——黎曼切口是多重連結(jié)空間的一個(gè)最簡單范例,而蟲洞,就是連接兩個(gè)不同時(shí)空的“通道”,這一概念,后來成為科幻小說和物理學(xué)研究的熱門話題,也為人類探索時(shí)空旅行,提供了理論可能。
他以“場”來描述重力,以“度量張量”描述空間里每一個(gè)點(diǎn)的重力場——這一理論,為愛因斯坦構(gòu)建廣義相對(duì)論,提供了關(guān)鍵的數(shù)學(xué)工具,讓“空間彎曲”的理論,能夠用嚴(yán)密的數(shù)學(xué)公式表達(dá)出來。
令人惋惜的是,黎曼英年早逝,年僅39歲。
![]()
他生前,并未找出電力與磁力的場方程式,也沒有計(jì)算出空間要褶皺到什么程度,才足以描述不同的作用力。這些重要的發(fā)展,留給了后來的麥克斯韋和愛因斯坦。
但黎曼的思想,就像一盞明燈,照亮了人類追尋統(tǒng)一自然力的道路,他的名字,也成為了“天才”的代名詞。
提到統(tǒng)一自然力,很多人會(huì)首先想到愛因斯坦,但實(shí)際上,第一個(gè)成功統(tǒng)一兩種自然力的,是麥克斯韋——一個(gè)被忽視了的、堪與牛頓齊名的大科學(xué)家。
在麥克斯韋之前,電力和磁力被認(rèn)為是兩種完全獨(dú)立的力:科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了電力的規(guī)律(庫侖定律)、磁力的規(guī)律(安培定律),但沒有人意識(shí)到,這兩種力之間,存在著內(nèi)在的聯(lián)系。而麥克斯韋,通過對(duì)庫侖、安培、奧斯特、法拉第等科學(xué)家研究成果的系統(tǒng)總結(jié),發(fā)現(xiàn)了電力和磁力之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),最終建立了完整的電磁理論,將電力和磁力統(tǒng)一了起來。
1873年,麥克斯韋出版了電磁學(xué)專著《電磁學(xué)通論》,這本書,就像牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一樣,奠定了電磁學(xué)的基礎(chǔ),也徹底改變了人類對(duì)自然力的認(rèn)知。
![]()
麥克斯韋的電磁理論,不僅統(tǒng)一了電力和磁力,還預(yù)言了電磁波的存在——他認(rèn)為,變化的電場會(huì)產(chǎn)生磁場,變化的磁場會(huì)產(chǎn)生電場,兩者相互交替,形成電磁波,而光,就是一種電磁波。
這一預(yù)言,在麥克斯韋去世后,被德國物理學(xué)家赫茲通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——赫茲成功觀測(cè)到了電磁波的存在,證明了麥克斯韋理論的正確性。而電磁波的發(fā)現(xiàn),直接催生了現(xiàn)代通信技術(shù)——無線電、電視、手機(jī)、衛(wèi)星通信等,都離不開電磁波的應(yīng)用。可以說,沒有麥克斯韋的電磁理論,就沒有現(xiàn)代的信息時(shí)代。
著名物理學(xué)家費(fèi)曼曾說過:“從人類歷史的一種長久觀點(diǎn)看——例如從至今以后一萬年間的觀點(diǎn)來看,19世紀(jì)中最重要的事件將被判定為麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的電動(dòng)力學(xué)定律,同時(shí)期的美國內(nèi)戰(zhàn)將褪色而成為只有地區(qū)性的意義了。” 這句話,足以體現(xiàn)麥克斯韋成就的偉大。
麥克斯韋一輩子低調(diào)內(nèi)斂,不擅交際,也不追求名利,因此,他的成就,在他生前并沒有得到廣泛的認(rèn)可。但歷史不會(huì)忘記這位天才,他的貢獻(xiàn),可以總結(jié)為三點(diǎn):
建立了統(tǒng)一的經(jīng)典電磁場理論,將電力和磁力統(tǒng)一起來,填補(bǔ)了物理學(xué)界的空白。
建立光的電磁理論,預(yù)言電磁波的存在,為現(xiàn)代通信技術(shù)和光學(xué)的發(fā)展,奠定了基礎(chǔ)。
為愛因斯坦的狹義相對(duì)論鋪路——麥克斯韋的電磁方程組,揭示了光速的恒定特性,這成為愛因斯坦狹義相對(duì)論的核心前提。
麥克斯韋的一生,雖然短暫(享年48歲),但他的思想,卻深刻地改變了人類文明的進(jìn)程。他用智慧,將兩種看似獨(dú)立的自然力統(tǒng)一起來,為人類追尋大統(tǒng)一理論,邁出了堅(jiān)實(shí)的第一步。
提到物理學(xué),愛因斯坦的名字,幾乎無人不知、無人不曉。
![]()
他是20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家,也是人類歷史上最具影響力的天才之一。他的狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論,徹底顛覆了人類對(duì)時(shí)空、質(zhì)能的認(rèn)知,為統(tǒng)一自然力,做出了里程碑式的貢獻(xiàn)。
愛因斯坦的科學(xué)探索,始于一個(gè)簡單的問題:“如果你追上一束光線,它看起來是什么樣子?你會(huì)不會(huì)看到一束靜止的光波,凍結(jié)在時(shí)間中?”
這個(gè)問題,是他16歲時(shí)提出的,也是這個(gè)問題,讓他在后50年里,帶領(lǐng)人類走進(jìn)了時(shí)空神秘之旅。
16歲的愛因斯坦,通過思考發(fā)現(xiàn):世界上似乎并沒有能夠追上光速的東西。
26歲時(shí),他在瑞士專利局擔(dān)任低階職員,利用業(yè)余時(shí)間,用麥克斯韋的場方程式,推導(dǎo)出了狹義相對(duì)論。
這一理論,用一句話概括就是:光速在任何恒動(dòng)架構(gòu)里,恒為常數(shù)——無論你以什么樣的速度運(yùn)動(dòng),你測(cè)量到的光速,永遠(yuǎn)都是299792458m/s,不會(huì)變快,也不會(huì)變慢。
![]()
這個(gè)定理,表面上看并不顯眼,但卻是人類心靈的最偉大成就之一。
它徹底推翻了牛頓的“絕對(duì)時(shí)空觀”——牛頓認(rèn)為,時(shí)間和空間是獨(dú)立的、絕對(duì)的,時(shí)間會(huì)勻速流逝,空間會(huì)靜止存在;而愛因斯坦則認(rèn)為,時(shí)間和空間是相互關(guān)聯(lián)的,是相對(duì)的——速度越快,時(shí)間就會(huì)越慢,空間就會(huì)越收縮。
這就是著名的“時(shí)間膨脹”和“長度收縮”效應(yīng),后來,這一效應(yīng)被無數(shù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,成為了物理學(xué)的基本規(guī)律。
從狹義相對(duì)論中,愛因斯坦進(jìn)一步導(dǎo)出了一個(gè)重大的結(jié)論:質(zhì)量是從能量來的。這個(gè)結(jié)論,一舉推翻了19世紀(jì)的兩大物理發(fā)現(xiàn)——質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律。自此以后,質(zhì)量與能量被視為單一單位:質(zhì)-能(matter-energy),它們可以相互轉(zhuǎn)換。26歲的愛因斯坦,同時(shí)給出了質(zhì)能變動(dòng)的方程式,那就是著名的 E=mc2——E代表能量,m代表質(zhì)量,c代表光速。
![]()
我們可以簡單追尋一下狹義相對(duì)論的推導(dǎo)過程:光速恒定?時(shí)間變慢?質(zhì)量不恒定?“質(zhì)量-能量”相互轉(zhuǎn)換? E=mc2。
這一過程,看似簡單,卻蘊(yùn)含著極其嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理和深刻的物理思想。
狹義相對(duì)論,不僅統(tǒng)一了“時(shí)-空”,將時(shí)間和空間結(jié)合成一個(gè)不可分割的整體,還統(tǒng)一了“質(zhì)-能”,揭示了質(zhì)量和能量的內(nèi)在關(guān)聯(lián),為人類利用核能,提供了理論基礎(chǔ)。
統(tǒng)一了“時(shí)-空”以及“質(zhì)-能”之后,愛因斯坦并沒有停下腳步,他進(jìn)一步思考“時(shí)空”與“質(zhì)能”之間的關(guān)系——也就是狹義相對(duì)論所忽略的加速度,還有重力。這,關(guān)乎了他的下一個(gè)巨大成就:廣義相對(duì)論。
廣義相對(duì)論的誕生,源于一個(gè)簡單的問題:“如果一個(gè)人處于自由落體狀態(tài),他就不會(huì)感覺到自己的體重?” 愛因斯坦透過這個(gè)簡單的問題,掌握了重力的基本特性:在加速度架構(gòu)下的自然律,和重力場的定律是一樣的。
這就是所謂的“等效原理”。
![]()
透過等效原理,愛因斯坦重新思考關(guān)于光速的問題:光速會(huì)受重力影響,重力場會(huì)扭曲光線的行進(jìn)路線。
但根據(jù)費(fèi)瑪最短時(shí)間原理,光線會(huì)采取兩點(diǎn)之間最短時(shí)間的路徑——如果光線的行進(jìn)路線是曲線,那就意味著,空間本身是彎曲的!
這個(gè)結(jié)論,在當(dāng)時(shí)看來,是極其震撼的——人們一直認(rèn)為,空間是平坦的、靜止的,而愛因斯坦卻告訴我們,空間是可以彎曲的,而造成空間彎曲的原因,就是質(zhì)能的存在。就像一張平坦的床單,如果你在上面放一個(gè)重物,床單就會(huì)被壓彎;同樣,宇宙中的天體(比如太陽、地球),由于質(zhì)量巨大,會(huì)讓周圍的時(shí)空發(fā)生彎曲,而光線經(jīng)過這些天體時(shí),就會(huì)沿著彎曲的時(shí)空行進(jìn),因此看起來是彎曲的。
![]()
后來,這一預(yù)測(cè)被后人的無數(shù)次實(shí)驗(yàn)反復(fù)證明:1919年,英國天文學(xué)家愛丁頓在日全食期間,觀測(cè)到了遠(yuǎn)處恒星的光線經(jīng)過太陽時(shí)發(fā)生彎曲,與愛因斯坦的預(yù)測(cè)完全一致,這也讓廣義相對(duì)論被科學(xué)界廣泛認(rèn)可;2019年,人類首張黑洞照片問世,照片中黑洞周圍的光線彎曲,再次驗(yàn)證了廣義相對(duì)論的正確性。
愛因斯坦進(jìn)一步得出結(jié)論:質(zhì)能的存在,造成周圍時(shí)空的彎曲;而時(shí)空的彎曲,就表現(xiàn)為我們所感受到的重力。這一觀點(diǎn),與黎曼的思想不謀而合——黎曼早在1854年就提出了作用力與空間彎曲的關(guān)系,并提出了重力場論。
愛因斯坦利用黎曼的研究成果,用數(shù)學(xué)形式表達(dá)了自己的物理學(xué)新發(fā)現(xiàn),這就是廣義相對(duì)論。
我們可以再追尋一下廣義相對(duì)論的推導(dǎo)過程:光線以曲線前進(jìn)+光線走兩點(diǎn)間最短時(shí)間路徑?空間是彎曲的?“質(zhì)-能”造成“時(shí)-空”彎曲?力學(xué)=幾何學(xué)。
廣義相對(duì)論,將重力解釋為時(shí)空的彎曲,徹底顛覆了人類對(duì)重力的認(rèn)知,也為統(tǒng)一自然力,邁出了重要的一步。
愛因斯坦的偉大,止步于他的第三次嘗試。
在狹義和廣義相對(duì)論之后,他終其一生,都在研究“統(tǒng)一場論”,試圖尋找一個(gè)公式,能夠同時(shí)描述光與引力,將電磁力和萬有引力統(tǒng)一起來,完成大統(tǒng)一理論的構(gòu)建。可惜,他最終沒有成功——當(dāng)時(shí)的物理學(xué)水平,還不足以支撐他完成這一偉大的目標(biāo)。
但愛因斯坦的努力,并沒有白費(fèi)。
他的狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論,成為了現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱,為后來的量子力學(xué)、超弦理論等前沿理論,提供了重要的基礎(chǔ)。他的思想,不僅改變了人類對(duì)宇宙的認(rèn)知,也激勵(lì)著一代又一代的物理學(xué)家,繼續(xù)追尋大統(tǒng)一理論的夢(mèng)想。
愛因斯坦的“大統(tǒng)一理論”雖然恢宏,但并未受到廣泛關(guān)注和普遍認(rèn)同——在他晚年,另一套全新的理論,開始領(lǐng)一時(shí)風(fēng)氣之先,這就是量子力學(xué)。
![]()
量子力學(xué),是一套與黎曼、愛因斯坦學(xué)說迥異的理論,它專注于描述微觀世界(基本粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律),并成功整合了四種自然作用力中的三種:強(qiáng)作用力、弱作用力和電磁力。
1925年,以玻爾、玻恩、薛定諤和海森堡為代表的一組科學(xué)家,已經(jīng)對(duì)原子運(yùn)動(dòng)給出了幾近完整的數(shù)學(xué)描述,我們稱之為量子力學(xué)。
![]()
這一理論的出現(xiàn),徹底顛覆了人類對(duì)微觀世界的認(rèn)知,它的主要理論觀點(diǎn),聽起來甚至有些“反常識(shí)”,但卻被無數(shù)實(shí)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證:
作用力是由于不連續(xù)的能量包交換而產(chǎn)生(也就是量子)——在微觀世界中,能量并不是連續(xù)的,而是以一個(gè)個(gè)“能量包”的形式存在,這些能量包,就是量子。
不同的作用力,來自于不同量子的交換。
不同的作用力的產(chǎn)生,來自于不同量子的交換——比如,電磁力是由光子交換產(chǎn)生的,強(qiáng)核力是由膠子交換產(chǎn)生的,弱核力是由希格斯粒子交換產(chǎn)生的。
我們永遠(yuǎn)無法同時(shí)知道次原子粒子的速度及其位置——這就是著名的海森堡測(cè)不準(zhǔn)定理。
![]()
這個(gè)定理聽起來不怎么靠譜,但卻是半個(gè)世紀(jì)以來,最經(jīng)得起任何實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)的一個(gè)定理,至今,還沒有任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,違背了這一條定理。
簡單來說,在微觀世界中,粒子的運(yùn)動(dòng)是“不確定”的,我們無法同時(shí)精確測(cè)量它的速度和位置——測(cè)量得越精確,另一個(gè)量的誤差就越大。
粒子有可能以有限機(jī)率,進(jìn)行穿隧或量子跳躍,并穿越不可浸透的障礙物——這意味著,在微觀世界中,粒子可以“穿墻而過”,這在宏觀世界中,是完全不可能的,但在微觀世界中,卻真實(shí)存在。
![]()
這些觀點(diǎn),聽起來各種不靠譜,但量子力學(xué),不僅被反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明,還深刻地改變了我們的生活——人們根據(jù)量子力學(xué),制造出了現(xiàn)代信息時(shí)代的基礎(chǔ)性科技產(chǎn)品:二極管、晶體管、芯片等。我們今天使用的手機(jī)、電腦、電視、芯片,都離不開量子力學(xué)的原理。
![]()
可以說,沒有量子力學(xué),就沒有現(xiàn)代的電子信息產(chǎn)業(yè),就沒有我們今天的數(shù)字化生活。
量子力學(xué)在統(tǒng)一自然力方面,取得了重大的突破。它以光子(也就是光的量子)為例,認(rèn)為弱作用力和強(qiáng)作用力,是源于能量量子的交換,并稱之為“楊-米場”——這是楊振寧和他的學(xué)生米爾斯于1954年發(fā)現(xiàn)的理論,也是量子力學(xué)的核心理論之一。
到1970年代,楊-米場已經(jīng)可以解開所有核子物質(zhì)的秘密,可以解釋有關(guān)于次原子粒子的任何實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在解釋電子與光的交互作用時(shí),其精確度達(dá)到千萬分之一,號(hào)稱是有史以來最精確的理論!
科學(xué)界對(duì)這個(gè)理論如此有信心,以至于稱之為“標(biāo)準(zhǔn)模型”。
這也是楊振寧先生一句話,就能引發(fā)激烈討論的原因——他是“楊-米場”的提出者,是量子力學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的奠基人之一,是在世少有的物理學(xué)大神,他對(duì)高能物理的判斷,具有極高的權(quán)威性。
量子力學(xué)經(jīng)過50年的發(fā)展,成功整合了四種自然作用力的三種:強(qiáng)作用力、弱作用力和電磁力。但遺憾的是,包括楊振寧本人在內(nèi)的許多科學(xué)家都認(rèn)為,標(biāo)準(zhǔn)模型一定不是最終的大一統(tǒng)理論——主要原因是,該模型并不包括“萬有引力”。
![]()
可以這么說:量子力學(xué)只是根據(jù)次原子粒子的部分外表特性,做了整理和總結(jié),卻未對(duì)它們的來源,做出任何說明;它可以描述微觀世界的粒子運(yùn)動(dòng),卻無法與描述宏觀世界的廣義相對(duì)論兼容;它整合了三種自然力,卻始終無法馴服“萬有引力”——這,就是量子力學(xué)的局限,也是當(dāng)代物理學(xué)的一大困境。
在這里,我們可以喘一口氣,從實(shí)驗(yàn)物理的角度來看,物理學(xué)基本到此終止了。
在此之前,天才們所做的努力,我們都可以用實(shí)驗(yàn)去進(jìn)行驗(yàn)證——即使玄妙如量子力學(xué),也是可以被驗(yàn)證的;即使抽象如廣義相對(duì)論,也可以通過觀測(cè)光線彎曲、黑洞照片等方式,證明其正確性。
但在此之后,天才們所做的任何努力,我們都沒有辦法去驗(yàn)證對(duì)錯(cuò)。
如果不能驗(yàn)證對(duì)錯(cuò),我們就不知道誰是真正的天才,不知道誰的理論是正確的——而不知道誰是真正的天才,天才就無用武之地。
這,就是一件很窩心的事情,也是“物理學(xué)的憂傷”的核心所在。
以下的內(nèi)容,人類已經(jīng)沒有辦法來驗(yàn)證自己是對(duì)是錯(cuò):你可以說物理學(xué)死了,也可以說它完全淪入了“空想科學(xué)主義”的泥潭。但我們相信,天才就在我們身邊,但我們不知道他是誰;我們相信,終極理論一定存在,但我們不知道,該如何去驗(yàn)證它。
統(tǒng)合量子理論和引力,以創(chuàng)造出一個(gè)“大一統(tǒng)理論”,這個(gè)問題,挫折了20世紀(jì)最聰明的心智,包括愛因斯坦、海森堡等等一眾科學(xué)界的巨擎。他們終其一生,都在追尋這個(gè)目標(biāo),但都未能成功。直到20世紀(jì)后期,科學(xué)家們才提出了一些新的理論,試圖馴服萬有引力,完成大統(tǒng)一理論的構(gòu)建——其中,最具代表性的,就是超重力論、超弦理論和M理論。
1976年,紐約州立大學(xué)石溪分校的三位物理學(xué)家(施瓦茨、謝爾克、溫伯格),寫下了超重力理論。這個(gè)理論,對(duì)黎曼的“度量張量”模型進(jìn)行了深入研究,幾乎實(shí)現(xiàn)了愛因斯坦統(tǒng)合已知作用力的夢(mèng)想。
他們發(fā)現(xiàn),在一個(gè)十一維的度量張量模型里,包含了自然界里幾乎所有的粒子與作用力:愛因斯坦的重力理論、楊-米場與麥克斯韋爾場、還有夸克與輕子。
![]()
簡單來說,這個(gè)十一維的模型,就像一個(gè)“萬能容器”——如果把它簡化成四維,就是愛因斯坦的重力場(描述萬有引力);提高它的維度數(shù),我們就可以推導(dǎo)出麥克斯韋爾方程組(描述電磁力)和標(biāo)準(zhǔn)化模型(描述強(qiáng)作用力和弱作用力);最終,在十一維度,這個(gè)模型可以統(tǒng)合代表四種作用力的所有方程組。
超重力論的提出,曾讓物理學(xué)界看到了大統(tǒng)一理論的曙光——它第一次嘗試將萬有引力與其他三種自然力真正納入同一個(gè)理論框架,打破了廣義相對(duì)論(描述引力)與量子力學(xué)(描述其他三種力)之間的壁壘。
按照這一理論的設(shè)想,十一維空間中,除了我們能感知到的四維時(shí)空,剩余的七維空間同樣蜷縮在普朗克尺度下,與超弦理論中的六維流形類似,只是維度數(shù)量和卷曲方式有所不同。這些額外的維度,就像隱藏在宇宙角落的“秘密通道”,承載著萬有引力與其他三種力的聯(lián)結(jié)密碼。
然而,看似完美的超重力論,很快就暴露了致命的缺陷。
科學(xué)家們?cè)趯?duì)這一理論進(jìn)行量子化處理時(shí)發(fā)現(xiàn),它無法解決“無窮大”的難題——在計(jì)算量子引力的過程中,會(huì)出現(xiàn)無數(shù)無意義的無窮大數(shù)值,這意味著理論本身存在邏輯漏洞,無法與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)相契合。更關(guān)鍵的是,超重力論無法解釋夸克、輕子等基本粒子的質(zhì)量來源,也無法兼容當(dāng)時(shí)已被驗(yàn)證的部分量子力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,這讓它逐漸陷入了困境。
盡管超重力論最終未能成為終極的大統(tǒng)一理論,但它并非毫無價(jià)值。
它首次明確了“高維度空間是統(tǒng)合四種自然力的關(guān)鍵”這一核心思路,為后續(xù)超弦理論的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。它證明了,要馴服萬有引力,就必須跳出四維時(shí)空的局限,從更高維度的視角重新審視宇宙的本質(zhì)——而這一思路,也成為了后來物理學(xué)家們追尋終極理論的核心方向。
當(dāng)超重力論的困境日益凸顯,物理學(xué)家們開始尋找新的突破口,超弦理論便在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。
如果說超重力論是“在十一維空間中搭建統(tǒng)一框架的嘗試”,那么超弦理論就是“用更基礎(chǔ)的‘弦’來重構(gòu)宇宙萬物的探索”——它不僅繼承了高維度空間的核心思想,更試圖從最根本的粒子結(jié)構(gòu)出發(fā),解決超重力論無法攻克的難題,真正實(shí)現(xiàn)四種自然力的統(tǒng)一。
![]()
1968年,歐洲核子研究中心(CERN)的實(shí)驗(yàn)室里,兩位年輕的理論物理學(xué)家正在致力于破解基本粒子強(qiáng)相互作用的奧秘。
這是微觀物理領(lǐng)域的核心難題之一,當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家們嘗試了無數(shù)方法,都未能找到一個(gè)能完美描述這種相互作用的理論框架。
就在他們一籌莫展之際,一個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)打破了僵局——他們偶然發(fā)現(xiàn),19世紀(jì)數(shù)學(xué)家歐拉早已完成的歐拉貝塔函數(shù),竟然與描述基本粒子強(qiáng)相互作用所需的全部特質(zhì)高度契合,仿佛這個(gè)誕生于百年前的數(shù)學(xué)公式,就是為解讀微觀世界而量身打造。
這個(gè)偶然的契合,直接催生了超弦理論的雛形。
與傳統(tǒng)物理學(xué)認(rèn)為“粒子是宇宙基本元素”的觀點(diǎn)不同,超弦理論提出了一個(gè)顛覆性的猜想:我們眼中的電子、光子、中微子、夸克等所有基本粒子,看似是獨(dú)立的點(diǎn)狀粒子,實(shí)際上都是由極其微小的一維“弦”構(gòu)成,這些弦的不同振動(dòng)模式,就對(duì)應(yīng)著不同的基本粒子。
![]()
這就像小提琴上的琴弦,同樣一根弦,通過不同的振動(dòng)頻率,能發(fā)出不同音調(diào)的聲音;而宇宙中的“弦”,通過不同的振動(dòng)模式,便形成了我們所熟知的各種基本粒子,構(gòu)成了整個(gè)物質(zhì)世界。
![]()
這些宇宙弦的尺度極其微小,其典型長度約為物理學(xué)中的基本長度單位——普朗克長度,即10的-33次方厘米。
![]()
這個(gè)尺度有多小?我們可以做一個(gè)直觀的對(duì)比:原子核的直徑約為10的-13次方厘米,而普朗克長度比原子核還要小萬億萬億倍,小到現(xiàn)有任何觀測(cè)設(shè)備都無法直接探測(cè)。
理論學(xué)家認(rèn)為,普朗克長度是基本尺寸的極限,在比它更小的尺度里,已知的物理學(xué)定律會(huì)崩塌,時(shí)空會(huì)呈現(xiàn)出混沌的“量子泡沫”狀態(tài)。
按照超弦理論的描述,粒子并非宇宙的核心,物理定律就如同琴弦振動(dòng)的合音定律,所有自然基本定律,都可以通過弦的振動(dòng)規(guī)律得到統(tǒng)一解釋。
我們可以用一個(gè)生動(dòng)的比喻來理解:如果把整個(gè)宇宙看作是一片由宇宙弦組成的浩瀚海洋,那么基本粒子就像是海洋中不斷涌現(xiàn)又不斷湮滅的泡沫,它們的生滅起落,都是弦振動(dòng)的自然結(jié)果。我們所感知到的現(xiàn)實(shí)物質(zhì)世界,所見的星辰大海、山川草木,乃至我們自身,本質(zhì)上都是宇宙弦演奏的一曲壯麗交響樂。
更令人驚嘆的是,弦本身還是能夠儲(chǔ)存大量數(shù)據(jù)的最精簡方式之一,這也為未來人類探索宇宙信息提供了全新的思路。
![]()
隨著超弦理論的不斷發(fā)展,科學(xué)家們?cè)谄浠A(chǔ)上提出了弦場理論,進(jìn)一步完善了這一理論體系。
超弦理論與弦場理論的結(jié)合,成功統(tǒng)合了自然界的所有基本規(guī)律和作用力——無論是宏觀世界的引力,還是微觀世界的電磁力、強(qiáng)相互作用力、弱相互作用力,都能在這個(gè)理論框架中得到合理的解釋。
被譽(yù)為“數(shù)學(xué)界諾貝爾獎(jiǎng)”的菲爾茲獎(jiǎng)?wù)芦@得者、著名物理學(xué)家威滕,曾對(duì)超弦理論給予了極高的評(píng)價(jià):“所有物理學(xué)上的偉大思想,都是超弦理論的副產(chǎn)品。”這句話雖然略顯絕對(duì),卻也道出了超弦理論在物理學(xué)發(fā)展中的核心地位。
超弦理論的出現(xiàn),讓物理學(xué)家們看到了實(shí)現(xiàn)“大一統(tǒng)”的希望,但一個(gè)巨大的難題隨之而來:這個(gè)看似包羅萬象的理論,缺乏堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。
許多科學(xué)家坦言,超弦理論更像是一門屬于21世紀(jì)的物理學(xué),卻意外落入了20世紀(jì),而人類目前的數(shù)學(xué)水平,還不足以精確描述它的核心內(nèi)涵,無法為其提供嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撝巍?/p>
解開這個(gè)困局的,是一位堪比黎曼的數(shù)學(xué)天才——拉馬努金。
![]()
這位生于1887年的印度數(shù)學(xué)家,有著一段極具傳奇色彩的人生:他少時(shí)命運(yùn)坎坷,家境貧寒,甚至沒有通過升高三的考試,無法接受系統(tǒng)的高等教育。但憑借著與生俱來的數(shù)學(xué)天賦,他在孤立無援的情況下,僅憑個(gè)人才智,按照自己的思維方式,獨(dú)立探索數(shù)學(xué)的奧秘。
26歲那年,拉馬努金鼓起勇氣,給當(dāng)時(shí)著名的數(shù)學(xué)家哈代寫了一封信,信中包含了120個(gè)全新的數(shù)學(xué)定理。令人震驚的是,這些定理中,很多都是歐洲數(shù)學(xué)界花費(fèi)百年時(shí)間才逐步推導(dǎo)出來的成果,而這位從未接觸過歐洲數(shù)學(xué)研究的印度青年,竟然憑借一己之力,完成了這場跨越時(shí)空的“數(shù)學(xué)重逢”。
拉馬努金的研究成果,被整理成三冊(cè)四百多頁的筆記,其中包含了四千多個(gè)極具創(chuàng)新性的數(shù)學(xué)公式。后人在這些筆記的基礎(chǔ)上,總結(jié)出了著名的拉馬努金模函數(shù)——這是一個(gè)奇特的數(shù)學(xué)表達(dá)式,包含了高達(dá)二十四次的乘冪,看似復(fù)雜難懂,卻為超弦理論提供了關(guān)鍵的數(shù)學(xué)支撐。
正是這個(gè)模函數(shù),證明了一個(gè)至關(guān)重要的結(jié)論:超弦理論只有在十維時(shí)空里才是自洽的,也就是說,能夠產(chǎn)生我們現(xiàn)存宇宙的那個(gè)高維度宇宙,其維度數(shù)必然是十維。
這一發(fā)現(xiàn)徹底解決了超弦理論的數(shù)學(xué)困境,也重塑了人類對(duì)宇宙維度的認(rèn)知。我們?nèi)粘8兄降挠钪妫侨S空間加一維時(shí)間的四維時(shí)空,而拉馬努金的數(shù)學(xué)推導(dǎo)告訴我們,宇宙的本質(zhì)遠(yuǎn)比我們想象的復(fù)雜,剩下的六個(gè)維度,被卷曲成了極其微小的尺度,蜷縮在普朗克長度的范圍內(nèi),我們無法通過日常觀測(cè)感知到它們的存在。
就像一根細(xì)細(xì)的吸管,從遠(yuǎn)處看,它是一維的線,但近距離觀察,才能發(fā)現(xiàn)它其實(shí)是三維的圓柱體——宇宙的額外維度,就如同吸管的橫截面,被壓縮到了極致,難以被察覺。
拉馬努金的天才之處,不僅在于他憑借一己之力推開了數(shù)學(xué)的新大門,更在于他的研究,為超弦理論找到了堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)根基,讓這門看似“空中樓閣”的理論,有了被進(jìn)一步研究和發(fā)展的可能。
可以說,沒有拉馬努金的模函數(shù),就沒有超弦理論的后續(xù)發(fā)展,這位貧困而孤獨(dú)的天才,用自己的智慧,為人類探索宇宙真理點(diǎn)亮了一盞明燈。
1994年,超弦理論迎來了第二次革命,這場革命的核心,便是M理論的誕生。以威滕為首的一批頂尖物理學(xué)家提出,超弦理論并非完美無缺,之前提出的五種不同版本的超弦理論,其實(shí)都是某個(gè)更宏大理論的不同側(cè)面,而這個(gè)更宏大的理論,就是M理論。
![]()
作為被提議為“物理終極理論”的學(xué)說,M理論的核心目標(biāo),是用一個(gè)單一的理論,解釋宇宙中所有物質(zhì)與能源的本質(zhì),以及它們之間的所有相互作用。它成功整合了之前的五種超弦理論,并且引入了十一維時(shí)空的超引力理論,將宇宙的維度從十維提升到了十一維。
![]()
威滕等人認(rèn)為,從十一維的M理論中,可以找到“手征性”的起源——這是粒子物理中的一個(gè)關(guān)鍵概念,也是之前超弦理論無法完美解釋的難題。
他們提出,將M理論中的一個(gè)空間維度收縮成一條線段,就能得到兩個(gè)用這條線段連接起來的十維時(shí)空,這就完美契合了超弦理論的十維時(shí)空要求,也解決了不同版本超弦理論之間的矛盾。
為什么是十一維時(shí)空?
這背后有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢磉壿嫞簭V義相對(duì)論并沒有對(duì)時(shí)空的維度規(guī)定上限,在任何維度的黎曼流形上,都能建立起引力理論;但超引力理論卻對(duì)時(shí)空維度設(shè)定了一個(gè)明確的上限——十一維。
更令人振奮的是,科學(xué)家們已經(jīng)證明,十一維不僅是超引力理論所能容許的最大維度,同時(shí)也是能夠納入等距群SU(3)×SU(2)×U(1)的最小維度,而這個(gè)等距群,正是描述微觀粒子相互作用的核心數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。
這意味著,十一維時(shí)空是兼顧引力與微觀粒子作用的最佳維度選擇,也是M理論能夠統(tǒng)合所有自然規(guī)律的關(guān)鍵。
M理論的誕生,讓人類距離“大一統(tǒng)理論”的夢(mèng)想又近了一步。作為弦論第二次革命的核心推動(dòng)者,威滕也因此獲得了極高的聲譽(yù),被美國《生活》周刊評(píng)為二戰(zhàn)后排名第六的“最有影響的人物”——能與他并列的,都是改變世界的頂尖人物,這也足以看出M理論在物理學(xué)界的巨大影響力。
從黎曼提出的幾何理論,到麥克斯韋的電磁理論,再到愛因斯坦的廣義相對(duì)論、量子力學(xué)、超引力理論,直至超弦理論、M理論,人類歷史上一代又一代偉大的智慧頭腦,前赴后繼地投身于探索宇宙真理的事業(yè)中。
他們用畢生的心血,一點(diǎn)點(diǎn)揭開宇宙的神秘面紗,展示出物理學(xué)的恢弘氣象。而時(shí)至量子力學(xué)誕生,物理學(xué)迎來了發(fā)展的高潮,人類對(duì)宇宙的認(rèn)知,也達(dá)到了前所未有的深度。
然而,就在物理學(xué)家們以為即將實(shí)現(xiàn)終極夢(mèng)想之際,一道難以逾越的鴻溝橫亙?cè)诹怂麄兠媲啊@就是物理學(xué)界所說的“大沙漠”。
![]()
物理學(xué)發(fā)展到今天,要想進(jìn)一步突破,驗(yàn)證超弦理論、M理論等前沿學(xué)說,就不得不依賴大型粒子對(duì)撞機(jī)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,但大型對(duì)撞機(jī)的發(fā)展,卻陷入了兩難境地。
著名物理學(xué)家楊振寧先生生前曾明確表示,大型對(duì)撞機(jī)“盛宴已過”,并且告誡自己的學(xué)生“你不要走這個(gè)方向”。
楊振寧的觀點(diǎn)并非沒有道理:大型對(duì)撞機(jī)的造價(jià)極其高昂,動(dòng)輒需要百億美元,即便是財(cái)力雄厚的國家,也難以承擔(dān)這樣的投入;而且,隨著對(duì)撞機(jī)能量的不斷提升,投入與產(chǎn)出的性價(jià)比越來越低,很難再獲得突破性的發(fā)現(xiàn)。
但與此同時(shí),一個(gè)無法回避的事實(shí)是,當(dāng)代30%的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主,都來自高能物理領(lǐng)域——這個(gè)領(lǐng)域,正是探索基本粒子、追尋大一統(tǒng)理論的核心陣地。
對(duì)于無數(shù)懷揣物理夢(mèng)想的年輕一代來說,基本粒子領(lǐng)域就像是直抵宇宙真理的圣地,誰不想追隨愛因斯坦的腳步,捧起那象征著物理學(xué)終極榮譽(yù)的“科學(xué)圣杯”?基本粒子的世界,隱藏著宇宙誕生、物質(zhì)起源的核心秘密,探索它,就是探索人類存在的本質(zhì)。
因此,盡管面臨諸多困難,依然有無數(shù)物理學(xué)家投身于高能物理研究,試圖突破現(xiàn)有困境。
![]()
矛盾的核心,始終圍繞著大型粒子對(duì)撞機(jī)展開。對(duì)于粒子物理研究而言,要想觀測(cè)到更微小的粒子,探索更深處的物理規(guī)律,就必須讓對(duì)撞機(jī)的能量不斷提升,而能量的提升,必然意味著對(duì)撞機(jī)的規(guī)模不斷擴(kuò)大——只有更大的對(duì)撞機(jī),才能將粒子加速到更高的能量,模擬宇宙早期的高能狀態(tài),從而觀測(cè)到隱藏的物理現(xiàn)象。
這是因?yàn)椋鶕?jù)海森堡的“不確定性原理”,一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量無法同時(shí)被確定,要想看清越小的東西,就需要“光源”發(fā)出的粒子波長越短;而根據(jù)光速與波長、頻率的關(guān)系,以及能量與頻率的關(guān)系,波長越短,意味著粒子攜帶的能量越大。
因此,要想窺探微觀粒子的核心奧秘,就必須用攜帶巨大能量的探測(cè)粒子,而大型粒子對(duì)撞機(jī),就是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的唯一工具。
目前,人類最先進(jìn)的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),在2013年驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)模型中最后一個(gè)粒子——希格斯玻色子,之后便再?zèng)]有重大的突破性發(fā)現(xiàn)。而要驗(yàn)證超弦理論、M理論等前沿學(xué)說,需要的能量量級(jí)高達(dá)10的24次方電子伏特,而大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)所能產(chǎn)生的能量,僅為10的13次方電子伏特——這之間相差了11個(gè)數(shù)量級(jí),這段巨大的能量差距,被物理學(xué)家們稱為“大沙漠”。
更令人絕望的是,要跨越這片“大沙漠”,所需的對(duì)撞機(jī)規(guī)模超乎想象:如果采用常規(guī)的直線加速器,要達(dá)到10的24次方電子伏特的能量,需要的加速器長度高達(dá)7光年;即便是采用更先進(jìn)的尾波加速器,也需要47億公里的長度,這與科幻小說《三體》中描述的環(huán)日加速器規(guī)模相當(dāng)。
而如果要達(dá)到量子引力能級(jí),需要的常規(guī)加速器長度甚至可能達(dá)到幾十萬光年——這相當(dāng)于一個(gè)環(huán)銀河系加速器。以人類目前的科技水平,要建造這樣規(guī)模的加速器,幾乎是不可能完成的任務(wù)。
對(duì)于整個(gè)人類文明而言,我們可以暫時(shí)擱置這個(gè)難題,等待科技水平的提升;但對(duì)于那些投身于前沿研究的天才物理學(xué)家來說,他們卻沒有那么多時(shí)間等待。
生命有限,而探索無限,他們窮盡一生追尋的真理,或許需要百年甚至更久才能得到驗(yàn)證,這種“生不逢時(shí)”的遺憾,成為了當(dāng)代物理學(xué)家無法擺脫的困境。
每每談及20世紀(jì)的“哥本哈根學(xué)派”,每看到1927年索爾維會(huì)議的那張合影,無數(shù)物理學(xué)愛好者都會(huì)心生敬畏、頂禮膜拜。那張照片中,聚集了愛因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤等頂尖物理學(xué)家,他們是量子力學(xué)的奠基人,是那個(gè)時(shí)代物理學(xué)的“黃金一代”。
有人說,這一代人之所以被奉為傳奇,并非僅僅因?yàn)樗麄兊奶熨x超群,更因?yàn)樗麄冓s上了一個(gè)好時(shí)代——經(jīng)典物理學(xué)的大廈在20世紀(jì)初轟然倒塌,他們恰好站在一片物理學(xué)的“新大陸”上,每一次探索,都能發(fā)現(xiàn)全新的宇宙奧秘。
更重要的是,他們提出的理論,都能夠通過當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證:愛因斯坦的廣義相對(duì)論,被日食觀測(cè)所證實(shí);量子力學(xué)的諸多猜想,也能通過簡單的實(shí)驗(yàn)得以佐證。
即便到了今天,我們依然在用“黑洞”照片,印證著愛因斯坦的遠(yuǎn)見卓識(shí)。
![]()
那個(gè)時(shí)代,理論與實(shí)驗(yàn)相互支撐,物理學(xué)家們的每一個(gè)猜想,都能很快得到答案,這種“心想事成”的探索體驗(yàn),是當(dāng)代物理學(xué)家難以想象的。
而到了21世紀(jì),物理學(xué)的前沿領(lǐng)地,無論是超弦理論,還是M理論,都需要在亞原子領(lǐng)域的極端條件下才能得到驗(yàn)證。
這些理論描繪的宇宙圖景極其壯麗:從亞原子世界里夸克瘋狂的舞蹈,到太空中飛旋雙星高雅的華爾茲;從宇宙大爆炸的原初火球,到星河璀璨的壯麗漩渦,每一個(gè)細(xì)節(jié)都充滿了詩意與美感。但遺憾的是,這些優(yōu)美的理論,至今無法通過實(shí)驗(yàn)得到證實(shí),沒有人知道,這些猜想究竟是宇宙的真相,還是物理學(xué)家們的“美好幻想”。
這意味著,再偉大的當(dāng)代物理學(xué)家,即便其學(xué)識(shí)能力不遜色于牛頓、愛因斯坦,也很難在自己的有生之年,看到自己的理論得到驗(yàn)證。
威滕就是如此,他作為M理論的創(chuàng)建者,被認(rèn)為是當(dāng)代最偉大的物理學(xué)家之一,其綜合學(xué)識(shí)能力被廣泛認(rèn)可,但他窮盡一生研究的M理論,在他的有生之年,或許永遠(yuǎn)無法得到實(shí)驗(yàn)佐證,世人也無法在當(dāng)下見證他的豐功偉績。
超弦理論也面臨著同樣的困境,它雖然被認(rèn)為是統(tǒng)合所有自然規(guī)律的最佳候選理論,卻因?yàn)闊o法通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,被世俗之人貼上了“空想科學(xué)”的標(biāo)簽。
就像一首優(yōu)美卻無人能聽懂的樂曲,即便旋律再動(dòng)人,也難以獲得廣泛的認(rèn)可。
有人說,“再厲害的肖邦,也彈不出物理學(xué)家的悲傷”,這句話,道盡了當(dāng)代物理學(xué)家的無奈與遺憾。
楊振寧先生從現(xiàn)實(shí)主義的角度,告誡年輕學(xué)者不要投身于大型對(duì)撞機(jī)相關(guān)領(lǐng)域,自然有他的道理。
在他看來,與其投入巨額資金建造大型對(duì)撞機(jī),卻難以獲得突破性發(fā)現(xiàn),不如將資源投入到其他更具性價(jià)比的物理研究領(lǐng)域。
畢竟,如果一個(gè)理論始終無法通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,再優(yōu)美、再嚴(yán)謹(jǐn),也會(huì)逐漸墮入玄學(xué)的領(lǐng)域,失去科學(xué)的本質(zhì)。
或許,我們目前還無法建造足以驗(yàn)證超弦理論、M理論的大型對(duì)撞機(jī),或許,當(dāng)代物理學(xué)家們窮盡一生也無法見證自己的猜想得到證實(shí),但他們的探索,依然有著不可磨滅的意義。
他們用自己的智慧,為人類打開了通往全新宇宙圖景的大門,為后代物理學(xué)家的研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
宇宙的奧秘?zé)o窮無盡,人類的探索永無止境。或許在百年之后,隨著科技的飛速發(fā)展,人類能夠建造出足以跨越“大沙漠”的粒子對(duì)撞機(jī),能夠驗(yàn)證那些如今看似“空想”的理論,能夠真正實(shí)現(xiàn)愛因斯坦等老一輩物理學(xué)家的“大一統(tǒng)”夢(mèng)想。
而到那時(shí),人們一定會(huì)記得,在21世紀(jì),有一群偉大的物理學(xué)家,在困境中堅(jiān)守,在迷茫中前行,用自己的一生,追尋著宇宙的終極真理。
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號(hào)”用戶上傳并發(fā)布,本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.