第1338章 渊天宫（175）（1/1）

广义相对论认为时空是弯曲的，弯曲时空是万有引力的起源。将这两个理论结合就可以导出时空本身也是每时每刻都在经历着量子的起伏涨落。在大多数情况下，这些涨落是很小很小的，但在一些极端情况下，比如说在极短距离下、在黑洞的视界附近，在大爆炸的初始时刻等等，这些量子涨落将变得非常重要。在这些情况下，我们现有的理论(量子力学和广义相对论)是不适用的，只能得到一些结果为无穷大荒谬结论。很显然，我们需要一个更完备的理论。

令人惊讶的是，从粒子物理学中发展起来的弦理论提供了这一问题的答案。在弦理论中，由于弦的延展性(一维而不是一个点)，引力和光滑的时空观念在比弦尺度还小的距离下失去了意义，时空量子泡沬由“弦几何”代替了。用弦理论已经解决了有关黑洞量子力学问题的一些疑难。如何用弦理论来说明宇宙大爆炸的初始起点仍然是一个没有解决的大问题。

我们是否生活在11维时空：宇宙学告诉我们，我们肉眼看到的三个空间维数正在膨胀，由此可以推测它们曾经是很小和高度弯曲的。一个自然的可能性是；也许存在与我们观测到的三个空间维数垂直的其它空间维数，这些额外空间维数曾经是但仍然是很小和高度弯曲的。如果这些维数的尺度是够小，以我们现有的观测手段仍不是以直接推测到，但是这些维数仍将以许多间接的效应表现出来。

特别地，这是一个强有力的统一观念：在低维中观测到的不同粒子也可能是同一种粒子，在额外维数空间中，它们都是同一粒子不同方向的运动的表现。实际上，额外维数还是弦理论不可分割的一部分：弦理论的数学方程要求空间是9维的，再加上时间维度总共是10维时空。更进一步的研究表明，由M理论给出的更完全的认识揭示了弦理论的第10维空间方向，因此理论的最大维数是11维。

最近的一些发展还提出了我们也许生活在低维的膜上面，但是引力仍然是10维的，为了得到现实的3维引力，可以通过引入“影子膜”或者Randall-Sundru机制。Randall-Sundru机制是一种束缚引力的新方法，这时，额外维度可以不是很小很小的。通过观测小距离情况下引力对平方反比定律的偏离，或者是在粒子加速上或者是通过超新星爆发中产生的粒子散射进入额外维度因而看起来象消失一样等等奇怪的现象，也许我们就有能力探测到这些额外维度。弦理论不仅大大地拓展了人们的思维空间，将大大地拓展人们的活动空间。

趣闻相关：物理学是否有可能走另一条路，虽然面貌完全不同，但却能够解释所有的实验？我不知道，但是我觉得这是个很有意思的问题。从数据和数学逻辑出发，有多少我们认为基本的东西是唯一可能的结论？又有多少可以有其他可能性，而我们不过是恰恰发现了其中之一而已？在别的星球上的生物会不会有与我们完全不同的物理定律，而那里的物理学与我们一样成功？

终极理论（Theory of Everythg）是物理学中试图统一自然界四种基本相互作用力（引力、电磁力、强核力与弱核力）的理论框架，又称万物理论。该理论通过单一数学模型整合量子力学与广义相对论，旨在解释宇宙基本物理常数的精密调谐问题。

其发展历程可追溯至1831年法拉第发现电磁统一性，1861年麦克斯韦建立电磁统一理论。爱因斯坦自1915年起研究统一场论未果。二十世纪六十年代，温伯格等人提出电弱统一理论，二十世纪七十年代，格拉肖构建大统一理论（GUT）。1984年施瓦茨和格林提出超弦理论，1995年维顿扩展为包含11维空间的M理论，被视为实现统一的理论候选。霍金认为M理论受限于数学不可证性与哥德尔不完备定理。

现代物理学界存在多种理论候选，除M理论外还包括标准模型（未涵盖引力）和中国科学院提出的大道模型（通过存在场统一电磁力与引力）。标准模型需至少18个独立参数且无法解释暗物质等问题。

爱因斯坦最后问题：1955年4月17日是星期日，爱因斯坦从普林斯顿医院的病榻上坐起来，开始了他一生的最后一次计算。几个小时以后，20世纪最伟大的科学家去世了。他的床边放着他最后的、也是失败的一项努力，即创造自己的“统一场理论”——对于宇宙中所有已知力量的一项单一的、条理清晰的解释。

当时爱因斯坦寻求这样一项理论已经有30多年，但却没有获得成功。在他去世以后将近半个世纪的今天，他的梦想可能即将成为现实。世界上的一些最杰出的理论物理学家认为，他们瞥见了一项宏大的理论，其涵盖范围甚至远远超出爱因斯坦的想象。

寻根溯源：该理论宏大的称号和更加宏大的目标，掩盖了其在1831年夏季在一个维多利亚女王时代的实验室中的起源。当时在伦敦的皇家学会，伟大的英国物理学家迈克尔·法拉第正在研究电和磁之间的关系。他当时已经知道，电流通过导线产生磁场。他想要知道的是，相反的情况是否也是如此——磁力能够产生电吗?

在一些起步时的失败以后，他获得了成功，制造了有史以来的第一个发电机。在此过程中，法拉第发现了某种具有深远意义的事情——尽管表面现象不同，但是电和磁仅仅是同一个基本现象的不同的方面。

虽然法拉第的试验技能使他得以瞥见这一统一性，但是他缺乏揭示其全部辉煌成果所需的十分重要的智力工具：数学。1861年，苏格兰理论家詹姆斯·麦克斯韦成功地把法拉第的发现转换成数学语言。其成果就是着名的麦克斯韦电磁方程组。这些方程阐明了电与磁实质上的统一性。

虽然这是一项杰出的成就，但是它回避了一个明显的问题——宇宙的这种统一性是否包括各种力当中人们所最熟悉的引力呢?这正是爱因斯坦在1915年发表自己完全新颖的引力设想——称为“广义相对论”——以后不久开始应对的挑战。