单位文秘网 2021-07-25 08:11:19 点击: 次
组织)供职了。那时他开始研究来自强子弦理论的令人头疼的问题。物理学家分别使用两端不受束缚的开弦,和结合成一个圈儿的闭弦,提出了两种强相互作用模型,分别称为雷琪子模型和坡密子模型。
实践表明,任何一个物理理论模型,都必须满足一个数学条件:要求向量在系统变换时保持其长度不变,就像指南针上的指针旋转一样,不管指针怎么转,它的长度是不变的。这种保持长度不变的性质意味着物理性质是保持不变的。否则的话,理论中可以会出现一些无法解释的怪现象。所以说,这个数学条件是一个可靠理论必须具有的性质。
物理学家发现,在普通的4维时空内,以闭弦为基础的坡密子模型理论无法满足这个数学条件,而且还产生出了一个称为快子的怪物。研究发现,这种快子运动得竟然比光还快,这样它就可以回到过去了。根据相对论,快子就会破坏因果关系。尽管一些物理学家还详细研究了快子的性质,但是关于快子的理论是不被学术界看成为一种真正的物理理论的。大部分物理学家认为,一个理论要是具有快子的话,唯一的可行方案是认为快子是很不稳定,产生出的影响也很难观测到。
26维时空的诞生
经过一段时间的研究,洛夫莱斯突然找到了解决问题的方法。过去的物理学家都假设弦是处在4维时空的,而他决定改变这一假设。洛夫莱斯开始逐步提高弦所处的时空维度,直到维度是26时,他发现快子问题突然消失了,而且也满足前面所说的数学条件。他自己也对这样的结果感到万分惊讶。
之前的物理学家尝试统一自然法则时,也曾用到过那些看不见的其他维度。例如一些物理学家利用5维时空,把广义相对论和电动力学统一了起来。爱因斯坦在1930年代到1940年代初期,也曾用过5维时空去尝试统一理论。不过之后,爱因斯坦放弃了这种方法,转而去用其他方法了。不过这里的情况是,虽然也出现了其他维度,但是从5维跨越到26维,这听起来有点离谱。
1970年12月,洛夫莱斯在普林斯顿大学研讨会上宣布了他的研究成果,然而并没有获得积极的回应。洛夫莱斯回忆道,“我记得它很不受欢迎。我曾把26维看成一个笑话,然后它的确引起了一片笑声。”
尽管他所发表的论文的标题看起来十分学术,不过论文还是吸引了很多人的关注。尽管在论文最后提到26维时,用了“听起来很蠢”这样的话,不过那些弦理论家们开始注意到这个研究的重要性了,并为之兴奋。
10维的超弦理论
美国加州理工学院的物理学家约翰·施瓦茨当时也被洛夫莱斯的理论震惊,因为他完全没有想到空间还可以有如此多的维度。之后,施瓦茨成为发展超弦理论的领军人物之一。超弦理论是弦理论的一种,它不仅用弦来研究负责传递力的粒子,也用弦研究其他的基本粒子。超弦理论利用了一种被称为超对称的原理——一种可以把代表力的场转变为代表粒子的场,或反过来的方式。超弦理论很自然地预言出存在一种自旋为2的不带电荷的无质量传递粒子。(自旋为整数的粒子称为玻色子,其他的玻色子自旋都不是2,例如胶子和光子自旋为1,而希格斯玻色子自旋为0。自旋为半整数的粒子称为费米子,例如自旋为1/2的电子和夸克。)而这个粒子正好符合引力子的性质。其中,引力子被认为是传递引力的基本粒子。所以,物理学家都认为超弦理论能把自然中所有种类的力(引力、电磁力、强相互作用和弱相互作用)统一起来。
物理学家发现,超弦理论中所需要的时空维度应该是个常数,结果发现维度是10。与26维对比,10维时空看起来也许更合理一些。之后,美国普林斯顿高等研究院的爱德华·威滕提出的M理论——一种弦理论的拓展理论——所需要的时空维度还多了1维,是11维。
那么,时空的其他维度都在哪里呢?根据理论,它们要么卷曲到很小的空间里去了,要么对于我们来说它们是在无法触及的地方,所以我们体验到的只是3维空间和1维时间。
1971年,洛夫莱斯去了罗格斯大学,尽管他没有博士学位,但还是获得了教授职位。他余下的学术生涯都在那里度过。他的鹦鹉在玩着毛线团的同时,他在分析着物理理论的各种问题,而从他的CD播放机播出的弦乐四重奏与他的深思熟虑交织在一起。与爱因斯坦一样,他没有完成统一场论理论,但在探索之旅中,他体验到了无与伦比的喜悦。
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