万物至理——大一统理论发展史（下）

上个世纪，人类文明发展取得巨大的进展：经过人们的努力，量子理论与狭义相对论成功地结合成量子场论，这是迄今为止最为成功的理论。粒子物理的标准模型理论预言电子的磁矩是1.001159652193个玻尔磁子，实验给出的数值是1.001159652188，两者在误差是完全一致的，精确度达13位有效数值。广义相对论也有长足的发展，在小至太阳系，大至整个宇宙范围里，实验观测与理论很好地符合。但在极端条件下，引出了时空奇异，显示了理论自身的不完善。就我们现在的认识水平，量子场论和广义相对论是相互不自洽的，因此量子场论和广义相对论应该在一个更大的理论框架里统一起来。爱因斯坦为这个“统一”的思想耗尽自己的余生，在他最后一次放下手中的粉笔的时刻，距离这个统一方程式的产生似乎遥遥无期。

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      上个世纪70年代，一位研究生Gabriele Veneziano要找能描述原子核内的强作用力的数学公式，然后在一本老旧的数学书里找到了有200年之久的欧拉公式，这公式能够成功的描述他所要求解的强作用力，他似乎隐隐约约感到了它的重要性。不久后一个电闪雷鸣的夜晚，Leonard Susskind(李奥纳特·苏士侃)进一步将这公式理解为一小段类似橡皮筋那样可扭曲抖动的有弹性的“线段”，这在日后则发展出“弦理论”，而这似乎给大一统理论的研究提供了方向。

        由于描述微观世界的量子力学与描述宏观引力的广义相对论在根本上有冲突，广义相对论的平滑时空与微观下时空剧烈的量子涨落相矛盾，这意味着二者不可能都正确，它们不能完整地描述世界。而除了引力之外，量子力学很自然的成功描述了其他三种基本作用力：电磁力、强力和弱力。弦理论也可能是量子引力的解决方案之一。较早时期所建立的粒子学说则是认为所有物质是由只占一度空间的“点”状粒子所组成，也是目前广为接受的物理模型，也很成功的解释和预测相当多的物理现象和问题，但是此理论所根据的“粒子模型”却遇到一些无法解释的问题。比如，在靠近粒子的地方的引力会增加至无限大。比较起来，“弦理论”的基础是“波动模型”，因此能够避开前一种理论所遇到的问题。更深的弦理论学说不只是描述“弦”状物体，还包含了点状、薄膜状物体，更高维度的空间，甚至平行宇宙。

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      那么弦理论中的“弦”是什么？根据弦理论，宇宙的基本构成要素不是点粒子，而是有点儿像细橡皮筋的上下振动着的一堆丝线，由分子和原子组成，这些丝线叫做弦。根据理论，弦是构成原子的例子的超微观组成元。弦理论的弦小得可怜，平均大约是普朗克长度的尺寸（1.6x10的负33次方厘米），所以即使用最灵敏的仪器来检查，也只是看到个点。弦理论不仅解决了广义相对论与量子力学的矛盾，更是提供了一个真正的统一理论。因为所有物质和力都来自同一个基元：振动的弦，它是大自然最基本的组成单元。

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        曲高和寡，高深的学问自然难以理解。由于我对超弦理论止于科普阶段，难以阐述它的精髓。第三篇大部分来源于其它文章，只希望日后麻木的闰土，会想起那个海边瓜地上刺猹的意气风发的少年……

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