什么是弦理论呢?
亲,不要着急,先来看看组成我们世界的物质是什么?物质是这个世纪的科学感到最困难、最难解决和最难理解的概念。
跟我学物理网贾兰华老师说:以牛顿力学为基础的经典物理学来看物质,继承了古代原子论的观点,把物质归结为具有某些绝对不变属性的质点的集合。如我们中学物理课本上把质量定义为“物质多少”的量度,就是因为在任何机械运动过程中,乃至在化学反应中,质量始终如一。质量被理所当然地看成是物质本身所绝对固有的,被看成物质不灭或实体不变原理的具体表现,以牛顿力学为代表的经典物理学在十九世纪末所取得的巨大成功。
然而,二十世纪爱因斯坦发明的相对论开始揭示出了物质的实体观的谬误。首先,相对论证明质量与速度有关,同一个物体,相对于不同的参考系,其质量就有不同的值,当物体速度接近光速时,物体的质量接近无穷大。爱因斯坦还证明质量与能量存在着联系,提出了著名的质能方程:能量等于质量乘以光速的平方。不久后,科学家们发现了核裂变和链式反应,把部分质量变成巨大能量释放出来。现在知道原子弹的人,都相信质量可以转化成能量。
那么物质到底是什么呢?科学家对物质结构的认识也迅速深入发展。在本世纪30年代以前,经典物理学一直认为:物质是由分子构成的,分子是由原子构成的。原子是组成物质的最小“砖块”。1932年,科学家经过研究证实:原子是由电子、中子和质子组成的。1964年,美国物理学家马雷。盖尔曼大胆地提出新理论:质子和中子并非是最基本的颗粒,它们是由一种更微小的东西——夸克构成的。为了寻找夸克,全世界优秀的物理学家奋斗了20年,虽然一些实验现象证实了夸克的存在,然而单个的夸克至今未找到,人们始终不识庐山真面目。对此,粒子学家们的解释是:夸克是极不稳定的、寿命极短的粒子,它只能在束缚态内稳定存在,而不能单个存在。不仅如此,迄今人们所知道的300多种基本粒子中,除少数寿命特别长的稳定粒子(如光子、中微子、电子和质子)外,其它都是瞬息即逝的,也就是说,它们往往在诞生的瞬间就已夭折。
为什么绝大多数基本粒子都如此短命?如何理解我们的物质世界就是建立在这些瞬息即逝的“砖块”上?为了解释物质的构成,在二十世纪的后期,物理学的一个前沿领域-弦论的发展又使我们对物质的看法更进了一步。
什么是“弦论”呢?
弦理论把宇宙看作是由“弦”组成的大海,而我们看到基本粒子,如电子、光子、中微子和夸克等等,都是宇宙弦的不同振动模式或振动激发态。正如小提琴弦的一个频率对应于一个音阶,而宇宙弦的不同频率的振动对应于不同的质量和能量,即不同的粒子。
弦理论能很好说明质量不再是不变的属性,物质与能量为什么可以相互转化,因为在弦理论中,物质也就是能量,不再被看作是实体。如果把宇宙看做弦,而我们的世界就是弦奏出的交响乐。
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