空間維度矛盾介紹

時間：2023-07-07 07:21:01 | 來源：營銷百科

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空間維度矛盾介紹：四種基本作用力的不同還導(dǎo)致了現(xiàn)代物理學(xué)兩大支柱——相對論和量子理論——根深蒂固的矛盾。

愛因斯坦的廣義相對論

愛因斯坦的廣義相對論是關(guān)于引力的理論。我們前面說過，引力源于物體質(zhì)量的相互吸引，物體的質(zhì)量越大，引力越大。但為什么物體的質(zhì)量會產(chǎn)生引力呢？引力為什么很微弱卻又能在宏觀范圍內(nèi)起作用呢？比如說，兩個人、兩塊大石頭之間的引力幾乎就是零，只有像太陽、地球、月亮這樣宇宙中的星體，才有明顯的引力作用。

愛因斯坦把這個疑惑給解開了，他給出了一個出人意料卻又合乎情理的解答：空間本身是有形狀的，當(dāng)沒有任何物質(zhì)或能量存在時，空間應(yīng)該是平直光滑的，當(dāng)一個大質(zhì)量物體進入空間后，平直的空間就發(fā)生了彎曲凹陷，這就像一條拉得很平很直的床單上，當(dāng)放進一個保齡球時，床單就凹陷下去，所謂引力就是因為這樣的空間彎曲而導(dǎo)致的。地球在繞著太陽的軌道上運行，是因為地球滾入了太陽周邊彎曲空間的一道'溝谷'，這就是我們通常所說的太陽對地球的引力作用。兩個人、兩塊大石頭之間的引力幾乎不存在的原因就是，這么小的質(zhì)量使空間的彎曲幾乎為零。因此，普通物體之間的引力作用是可以忽略不計的。

在這里，引力變成了漂亮的幾何圖景，引力本身并不存在，它只是空間的幾何形變所引起的明顯結(jié)果。引力的本質(zhì)就這樣被廣義相對論圓滿地解釋了。

廣義相對論的局限

但空間的幾何形變卻解釋不了其它三種力，電磁力、強力和弱力似乎都無法通過空間的褶皺來實現(xiàn)。愛因斯坦曾設(shè)想，所有的物質(zhì)都是空間扭結(jié)和振動而形成，換句話說，我們看到的周圍的一切，從樹和云到天上的星星，都可能是一個幻覺，是某種形式的空間褶皺。若這種思想是正確的，另外三種力也必定與引力一樣，是空間的幾何形變所引起的必然結(jié)果，這樣，四種力就統(tǒng)一到空間彎曲的幾何學(xué)中了，空間彎曲的不同方式會造就不同的力。然而，在微觀世界里，空間根本就不是平滑的，而是有無數(shù)的粒子在劇烈且永不停息地喧囂，廣義相對論的核心原理——光滑的空間幾何概念，在這里被破壞殆盡。

量子理論的解釋與局限

對另外三種力的解釋需要量子理論來完成。量子理論研究微觀世界里基本粒子的行為，在這個理論體系中，宇宙中所有的物質(zhì)最終由數(shù)百種不同的基本粒子組成，由于質(zhì)量小到幾近于零，這些粒子的運動軌跡變化莫測，毫無規(guī)律可循。在這里，力是由粒子的交換而來的，電磁力是由光子交換而來，弱力是由弱規(guī)范玻色子交換而來，強力是由膠子交換而來。例如，兩個帶電粒子間的相互作用實際上是光子在兩個粒子間往來'出沒'的結(jié)果，兩個帶電粒子通過交換小小的光子而相互影響，這個過程有點兒像兩個溜冰的人在傳球，通過傳球，兩個人的運動狀態(tài)都在受到影響。其它兩種力的相互作用也是如此。

但是，因空間彎曲所導(dǎo)致的引力是無法通過粒子交換而來的，而且，在微觀世界里，粒子的自身質(zhì)量不僅小到幾乎沒有，還總是在雜亂無章地運動，它們之間的引力從何談起？因此，量子理論無法涵蓋引力。

廣義相對論與量子理論不能統(tǒng)一，成為現(xiàn)代物理學(xué)最核心的災(zāi)難。人們很難相信，在宇宙的微觀層面和宏觀層面，居然不是一個統(tǒng)一連貫的整體，我們對宇宙最深處的認(rèn)識居然是由兩個分裂的理論拼接起來的。為了能讓兩個理論協(xié)調(diào)起來，物理學(xué)家做過大量的嘗試，他們以這樣那樣的方法，要么修正廣義相對論，要么修正量子理論。雖然一次次的努力都膽識驚人，但結(jié)果卻一個跟著一個失敗。

終于，超弦理論來了。