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引用 【转载】超弦理论的简述--其与人的灵魂有秘切关系   

2014-01-23 19:31:56|  分类: 科学与佛法 |  标签: |举报 |字号 订阅

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超弦理论的简述--其与人的灵魂有秘切关系 - yinengsoft - 人类的觉醒

 

超弦理论认为,不存在粒子,只有弦在空间运动,各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。自然界中所发生的一切相互作用,所有的物质和能量,都可以用弦的分裂和结合来解释。
  最为奇特的是,弦并不是在平常的三维空间运动,而是在我们无法想象的高维空间运动。我们过去关于空间的观念都是错误的,空间正在以一种陌生得令人惊讶的方式活动着。
  粒子的下面是什么?
  众所周知,物质是由原子组成,而原子由原子核和电子组成,原子核又由质子和中子组成,质子和中子又由夸克组成。那么,夸克和电子又是由什么构成的呢?科学家发现,夸克和电子都不可再分了,似乎是没有内部结构的点粒子,因此把它们称为基本粒子。基本粒子是一切物质的基本单元,就像英语里的“字母”一样。
  但是,已知的基本粒子并不仅仅是夸克和电子两种,而是多达数百种,而且,每一种基本粒子都有它们的反粒子。我们现在把所有的基本粒子分为三大类,通常称为 “族”:轻子族,包括电子、中微子等;夸克族,包括上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克这六种夸克和各自的反夸克;媒介粒子族,包括光子、胶子等。非常奇怪的是,除了夸克和电子外,大部分基本粒子都不组成更大的物质结构,例如,中微子总是在宇宙中独来独往,不与其它物质发生相互作用;媒介粒子则只在其它粒子间传递力的作用;还有很多粒子像介子、超子等都极不稳定,通常在极短时间内衰变成其它粒子。
  我们知道,电子能像地球绕太阳旋转那样绕着原子核运动,但电子能不能也像地球那样进行自转呢?按理说,这是不可能的,因为物体在自转时,其转轴上有一个固定不动的中心点,电子既然是一个点状粒子,那它就不会有什么多余的“中心点”,它的自旋也就无从谈起。但科学家证实,电子仍然像地球那样,既公转,也自转,而且永远地以固定不变的速率旋转,这是电子自身固有的性质,称为“内禀自旋”。而且,所有的基本粒子都有与电子相同的自旋。
  然而粒子的自旋与地球自转是不一样的,地球的自转是连续的,粒子的自旋则是间隔性的,也就是说,它的自旋是一跳一跳着进行的。
  每一种粒子的所有成员都是相同的,我们不可能把两个电子或者中微子区别开来。而不同种类的粒子则有着明显的不同,其主要区别就在于它们的质量、电荷以及内禀自旋都各不相同。
  这些基本粒子性质各不相同的原因是什么?它们为什么在不停地自旋?这些不同的粒子还能不能找到更深层的、统一的内部结构?这些问题长期以来都在困绕着科学家们。
  为何有四种力?
  进一步的问题就是,这么多不同种类的粒子是如何联系在一起的?假如宇宙是由很多微小的、相互间没有关系的物质微粒组成的,它们中的任何一个都是像被“隔离”的,那么,在这样的一个宇宙中,就会既无恒星,又无行星和生命,只是一个寂寞的、完全没有事件发生的微粒集合。
  幸运的是,事实并非如此,宇宙中存在着各种类型的力,是它们把散沙般的基本粒子结合在一起,组成了各种各样的物质,并安排了宇宙间的秩序。这些力从本质上都可归结为四种基本力:引力、电磁力、强力和弱力。
  这四种力的来源是不一样的。引力源于物体质量的相互吸引,两个有质量的物体间就存在引力,物体的质量越大,引力就越大。电磁力是由粒子的电荷产生的,一个粒子可以带正电荷,或者带负电荷,同性电荷相斥,异性电荷相吸。如果一个粒子不带电荷,则不受电磁力的影响,不会感受到排斥力和吸引力。强力主要是把夸克结合在一起的力,所以也叫核力。像电磁力一样,也起源于电荷,不过只是夸克间的电荷,物理学家称之为“颜色电荷”。弱力的作用是改变粒子而不对粒子产生推和拉的效应,像核聚变和核裂变这两个过程都是受弱力支配的。
  四种力的相对强度以及作用范围都有着巨大的区别。从相对强度上来说,假定以电磁力的强度为一个单位强度,则强力要比这个单位大出100倍,弱力只有 1/1000,引力小到几乎是可以忽略不计的:在微观世界中,它只有电磁力的10的40次方分之一!从作用范围上来说,引力的作用范围是宇宙范围的;电磁力的作用范围在理论上可以达到无限远,但实际上,大多数物体正负电荷相互抵消,其外部都呈电中性;而强力和弱力的作用范围则极小,只能在粒子范围内发生作用
  这四种强弱悬殊、性质各异的基本力,完全控制了我们的宇宙。
  现在问题又来了:为什么有四种基本力?为什么不是五种、三种或者一种?这四种力为什么如此不同?为什么强力和弱力只能在微观尺度上发挥作用,而引力和电磁力却具有无限的作用范围?还有,为什么这些力的固有强度会有那么大的差别?
  最后的问题是,所有这些力有没有一个共同的根基?如果有,它们为何又分裂了?

 终于,超弦理论来了。
  粒子怎样变成弦?
  一连串的疑惑不得不使科学家认真考虑:也许在基本粒子内部存在一种更深层的结构,这种结构尚未被我们所理解。自20世纪60年代以来,在科学家孜孜不倦地努力下,一个新的理论逐渐浮出水面,这就是超弦理论。超弦理论认为,在每一个基本粒子内部,都有一根细细的线在振动,就像小提琴琴弦的振动一样,因此这根细细的线就被科学家形象地称为“弦”。
  拨动吉他一根弦,你会听到一个音。拨动另一根弦,你会听到另一个不同的音调,因为不同的弦振动的模式不同。一个音乐家通过一个吉他的六弦合奏,使这些弦在不同频率振动,便可创造出无数美妙的音乐。像琴弦的不同振动模式弹出不同的乐音那样,粒子内部的弦也有不同的振动模式,只不过这种弦的振动不是产生什么音乐,而是产生一个个粒子。不同粒子的性质由弦的不同振动行为来决定,电子是以某种方式振动的弦,上夸克又是以另一种方式振动的弦,如此等等。
  弦与粒子质量的关联是很容易理解的。弦的振动越剧烈,粒子的能量就越大;振动越轻柔,粒子的能量就越小。这也是我们熟悉的现象:当我们用力拨动琴弦时,振动会很剧烈;轻轻拨动它时,振动会很轻柔。而依据爱因斯坦的质能原理,能量和质量像一枚硬币的两面,是同一事物的不同表现:大能量意味着大质量,小能量意味着小质量。因此,振动较剧烈的粒子质量较大,反之,振动较轻柔的粒子则质量较小。
  依照弦理论,每种基本粒子所表现的性质都源自它内部弦的不同的振动模式。每个基本粒子都由一根弦组成,而所有的弦都是绝对相同的。不同的基本粒子实际上是在相同的弦上弹奏着不同的“音调”。由无数这样振动着的弦组成的宇宙,就像一支伟大的交响曲。
  在量子理论中,每一个粒子还具有波的特性,这就是波粒二象性。现在我们明白了,粒子的波动性就是由弦的振动产生的。
  以前,我们想象所有的物质粒子都是点状的东西,没有空间大小。但现在我们明白了,那一个个点粒子其实并不是一个个实体的点,而是包含有一片片更微小的空间结构,这样的空间结构的振动乍看起来像是一个个点,是因为我们目前还没有更精微的探测技术。
  物理学家还发现,弦的振动模式与粒子的引力作用之间存在着直接的联系。同样的关联也存于弦振动模式与其它力的性质之间,一根弦所携带的电磁力、弱力和强力也完全由它的振动模式决定。
  弦如何运动?
  弦本身很简单,只是一根极微小的线,弦可以闭合成圈(闭弦),也可以打开像头发(开弦)。一根弦还能分解成更细小的弦,也能与别的弦碰撞构成更长的弦。例如,一根开弦可以分裂成两根小的开弦;也可以形成一根开弦和一根闭弦;一根闭弦可以分裂成两个小的闭弦;两根弦碰撞可以产生两个新的弦。
  但是当一根弦在时空中移动时,它就没那么简单了。弦的运动是如此的复杂,以至于三维空间已经无法容纳它的运动轨迹,必须有高达十维的空间才能满足它的运动(十维空间是数学方程计算的结果)。就像人的运动复杂到无法在二维平面中完成,而必须在三维空间中完成一样。
  点粒子内部的空间不是三维的,可能还有很多维,这似乎非常不可思议,不过,认真想起来,高维空间的存在完全是合理的。为了看清这一点,我们可以举一个水管的例子。我们知道,水管的表面是二维的,但是当我们从远处看它时,它却像是一维的直线。这是为什么呢?原来,水管的那两维很不一样,沿着管子伸展方向的一维很长,容易看到;而容易绕着管子的那一个圆圈维很短,“卷缩起来了”,不容易发现。你必须走近水管,才能看清绕着圆圈的那一维。
  这个例子表明了空间维度的一个微妙而又重要的特征:空间维有两种。它可能很大延伸得很远,能直接显露出来;它也可能很小,卷缩了,很难看出来。水管比较粗大,绕着管子的那一维很容易就看到。假如管子很细——像一根头发丝或毛细管那样细,要看那卷缩的维可就不那么容易了。
  在最微小的尺度上,科学家业已证明,我们宇宙的空间结构既有延展的维,也有卷缩的维。就是说,我们的宇宙有像水管在水平方向延伸的、大的、容易看到的维 ——我们寻常经历的三维,也有像水管在横向上的圆圈那样的卷缩的维——这些多余的维紧紧卷缩在一个微小的空间,即使用我们最精密的仪器也根本不能探测它们。
  那些看不见的维可能会有多小呢?我们最先进的仪器能探测到百亿亿分之一米的结构,如果那些维度卷缩得比这个尺度还小,我们就看不见了。科学家的计算表明,卷缩的维可能小到普朗克长度(即10的负33次方厘米),是目前的实验远远不可能达到的。
  

为什么需要多维空间?
  理解了宇宙的空间有更多维存在,再回过来看相对论与量子理论是如何产生矛盾的,我们就很容易理解了:这两个理论在日常的三维空间里是不可能统一的,它们的矛盾是必然的,只有在高维空间里才能得到统一。
  为了更好地理解这一点,我们可以举一个三维世界和二维世界的例子。我们首先假设有一些生活在二维平面世界的生命,它们的世界里只有长和宽,根本无法理解第三维——“高”这一维。因此,它们对三维世界的感知只限于三维物体在平面世界的投影,或者三维物体与平面世界的接触面,试想一想,一个平面生命怎么能够通过投影来想象三维物体的丰富性和完整性呢?当三维物体与平面世界接触时,三维物体在平面世界上的零碎片段,比如一张桌子的四根脚柱、人印在地面上的两双鞋印,更让平面生命摸不着头脑——这些拼不到一起的碎片究竟意味着什么呢?它们不能想象,四片互不相连的印迹怎么会构成一张完整的桌子呢?那断断续续的鞋印上怎么会有一双完整的鞋呢?而且,鞋的上面竟然还有一个更加完整的人!用二维的眼光来打量这些碎片,你永远不可能将它们拼成一个整体。
  于是有一天,一个足智多谋的平面生命偶然想出一个绝妙的主意。它宣布,平面世界之外还有一个“向上”的第三维,如果顺着这些碎片“向上”看,其实碎片是一个完整的整体!这真是个惊人的见解,大多数平面生命都困惑不解。
  相对论和量子理论的遭遇与这种情况非常相似,在我们的三维空间里,它们就像两块互不相干的碎片,永远也拼合不到一起。但把空间“向上”抬一抬,把宇宙变为十维空间,相对论和量子理论这两块看似互不相干的碎片就会令人震惊地结合得天衣无缝,成为一个更完整的理论大厦的两根互相依存的支柱!虽然我们在三维空间中无法想象和描述一个多维的空间,但我们却能通过复杂的数学方程推导出它的存在。

M理论
人们自然而然地问,为什么有6个维度是蜷缩起来的?这6个维度有何不同之处?为什么不是5个或者8个维度蜷缩?这种蜷缩的拓扑性质是怎样的?有没有办法证明它?因为弦的尺度是如此之小(普朗克空间),所以人们缺乏必要的技术手段用实验去直接认识它,而且弦论的计算是如此繁难,不用说解方程,就连方程本身我们都无法确定,而只有采用近似法!更糟糕的是,当第一次革命过去后,人们虽然大浪淘沙,筛除掉了大量的可能的对称,却仍有5种超弦理论被保留了下来,每一种理论都采用10维时空,也都能自圆其说。这5种理论究竟哪一种才是正确的?人们一鼓作气冲到这里,却发现自己被困住了。弦论的热潮很快消退,许多人又回到自己的本职领域中去,第一次革命尘埃落定。
  一直要到90年代中期,超弦才再次从沉睡中苏醒过来,完成一次绝地反攻。这次唤醒它的是爱德华威顿。在1995年南加州大学召开的超弦年会上,威顿让所有的人都吃惊不小,他证明了,不同耦合常数的弦论在本质上其实是相同的!我们只能用微扰法处理弱耦合的理论,也就是说,耦合常数很小,在这样的情况下5种弦论看起来相当不同。但是,假如我们逐渐放大耦合常数,它们应当是一个大理论的5个不同的变种!特别是,当耦合常数被放大时,出现了一个新的维度--第11维!这就像一张纸只有2维,但你把许多纸叠在一起,就出现了一个新的维度--高度!
  换句话说,存在着一个更为基本的理论,现有的5种超弦理论都是它在不同情况的极限,它们是互相包容的!这就像那个著名的寓言--盲人摸象。有人摸到鼻子,有人摸到耳朵,有人摸到尾巴,虽然这些人的感觉非常不同,但他们摸到的却是同一头象--只不过每个人都摸到了一部分而已!格林(Brian Greene)在1999年的《优雅的宇宙》中举了一个相当搞笑的例子,我们把它发挥一下:想象一个热带雨林中的土著喜欢水,却从未见过冰,与此相反,一个爱斯基摩人喜欢冰,但因为他生活的地方太寒冷,从未见过液态的水的样子(无疑现实中的爱斯基摩人见过水,但我们可以进一步想象他生活在土星的光环上,那就不错了),两人某天在沙漠中见面,为各自的爱好吵得不可开交。但奇妙的事情发生了:在沙漠炎热的白天,爱斯基摩人的冰融化成了水!而在寒冷的夜晚,水又重新冻结成了冰!两人终于意识到,原来他们喜欢的其实是同一样东西,只不过在不同的条件下形态不同罢了。
  这样一来,5种超弦就都被包容在一个统一的图像中,物理学家们终于可以松一口气。这个统一的理论被称为"M理论"。没人知道这个"M"确切代表什么意思,或许发明者的本意是指"母亲"(Mother),说明它是5种超弦的母理论,但也有人认为是"神秘"(Mystery),或者"矩阵"(Matrix),或者"膜"(Membrane)。
  在M理论中,时空变成了11维,由此可以衍生出所有5种10维的超弦论来。事实上,由于多了一维,我们另有一个超引力的变种,因此一共是6个衍生品!这时候我们再考察时空的基本结构,会发现它并非只能是1维的弦,而同样可能是0维的点,2维的膜,或者3维的泡泡,或者4维的…我想不出4维的名头。实际上,这个基本结构可能是任意维数的:从0维一直到9维都有可能!M理论的古怪,比起超弦还要有过之而无不及。
  不管超弦还是M理论,它们都刚刚起步,还有更长的路要走。虽然异常复杂,但是超弦/M理论仍然取得了一定的成功,甚至它得以解释黑洞熵的问题--1996年,施特罗明格(Strominger)和瓦法(Vafa)的论文为此开辟了道路。在那之前不久的一次讲演中,霍金还挖苦说:"弦理论迄今为止的表现相当悲惨:它甚至不能描述太阳结构,更不用说黑洞了。"不过他最终还是改变了看法而加入弦论的潮流中来。M理论是"第二次超弦革命"的一部分,如今这次革命的硝烟也已经散尽,超弦又进入一个蛰伏期。PBS后来在格林的书的基础上做了有关超弦的电视节目,在公众中引起了相当的热潮。或许不久就会有第三次第四次超弦革命,从而最终完成物理学的统一,我们谁也无法预见。
  值得注意的是,自弦论以来,我们开始注意到,似乎量子论的结构才是更为基本的。以往人们喜欢先用经典手段确定理论的大框架,然后在细节上做量子论的修正,这可以称为"自大而小"的方法。但在弦论里,必须首先引进量子论,然后才导出大尺度上的时空结构!人们开始认识到,也许"自小而大"才是根本的解释宇宙的方法。如今大多数弦论家都认为,量子论在其中扮演了关键的角色,量子结构不用被改正。而广义相对论的路子却很可能是错误的,虽然它的几何结构极为美妙,但只能委屈它退到推论的地位--而不是基本的基础假设!许多人相信,只有更进一步地依赖量子的力量,超弦才会有一个比较光明的未来。
奇特的全息照片
一般照相机照出的照片都是平面的,没有立体感。用物理术语来说,得到的仅是二维图像,很多信息都失去了。当激光出现后,人类才得到了全息照片。

所谓全息照片就是一种记录被摄物体反射(或透射)光波中全部信息的先进照相技术。

全息照片不用一般的照相机,而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二,其中一束照到被拍摄的景物上,称为物光束;另一束直接照到感光胶片即全息干板上,称为参考光束。

当光束被物体反射后,其反射光束也照射在胶片上,就完成了全息照相的摄制过程。

全息照片和普通照片截然不同。用肉眼去看,全息照片上只有些乱七糟的条纹。可是若用一束激光去照射该照片,眼前就会出现逼真的立体景物。

更奇妙的是,从不同的角度去观察,就可以看到原来物体的不同侧面。而且,如果不小心把全息照片弄碎了,那也没有关系。随意拿起其中的一小块碎片,用同样的方法观察,原来的被摄物体仍然能完整无缺地显示出来。
《客观现实是否存在,或者宇宙是一个幻像?》
 

原文:Michael Talbot 翻译:鲁宓
1982年,一件惊人的事发生了。在巴黎大学由物理学家Alain Aspect所领导的一组研究人员,他们进行了一项也许会成为二十世纪最重要的实验。Aspect和他的小组发现,在特定的情况下,次原子的粒子们,例如电子,同时向相反方向发射后,在运动时能够彼此互通信息。不管彼此之间的距离多么遥远,不管它们是相隔十尺或十万万里远,它们似乎总是知道相对一方的运动方式,在一方被影响而改变方向时,双方会同时改变方向。这个现象的问题是,它违反了爱因斯坦狭义相对论没有任何通讯能够超过光速。由于超过了光速就等于是能够打破时间的界线,这个骇人的可能性使一些物理学家试图用复杂的方式解释Aspect的发现。但是它也激发了一些更有革命性的解释。例如,伦敦大学的物理学家David Bohm相信Aspect的发现是意味著客观现实并不存在,尽管宇宙看起来具体而坚实,其实宇宙只是一个幻象,一个巨大而细节丰富的全息摄影相片。
要了解为什么Bohm会做出如此惊人的假设,我们必须首先了解什么是全息摄影相片。全息摄影相片是靠雷射(激光)做出的一种三度空间立体摄影相片。要制作一张全息摄影相片,物体首先必须用一道雷射光束照射,然后第二道雷射光束与第一道光束的反射产生绕射的图案(两道光束交集的地区),被记录于底片上。底片洗出后,看起来像是无意义的光圈与条纹组合。但是当底片被另一道雷射光束照射时,一个三度空间的立体影像就会出现在底片中(这不同于一般印刷式的所谓全息相片,只有狭窄的角度可见立体影像。真正的全息摄影相片是没有角度限制,而且必须用雷射光才可见影像)。
影像的立体不是全息摄影唯一特殊之处。如果一朵玫瑰的全息相片被割成两半,然后用雷射照射,会发现每一半都有整个玫瑰的影像。事实上,即使把这一半再分为两半,然后再分下去,每一小块底片中都会包含著一个较小的,但是完整的原来影像。不像平常的相片,全息相片的每一小部份都包含著整体的资料。
全息相片的这种「整体包含于部份中」的性质给予我们一个全新的方式来了解组织与秩序。历史上的科学多半是基于一种偏见,认为要了解任何事物现象,最好的方式是分解事物,研究事物的部份。全息摄影教导我们,宇宙中可能有事物不会配合这项假设。如果我们试著把某种全息摄影式结构组成的事物分解开来,我们不会得到部份,而会得到较小的整体。
这项理论使Bohm建立了另一种用来了解Aspect发现的解释。Bohm相信次原子的粒子能够彼此保持联系,而不管它们之间的距离多远,不是因为它们之间来回发射著某种神秘的信号,而是因为它们的分离是一种幻象。他说在现实的某种较深的层次中,如此的粒子不是分离的个体,而是某种更基本相同来源的实际延伸。  

说明:著名科学家特斯拉就有超人的能力,可和高级空维的“智慧者”沟通。(请看:http://www.56.com/u93/v_NTQ2NDc5OTQ.html)本文介绍的“超弦”理论,是说明科学已经得出“灵魂”存在的事实。(请参看《人类的灵魂是超弦》),至于“灵魂”的特性及其因果等现象,那还要多看经书就明白了。

 

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