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1700911697 一团糟。
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1700911699 而且这种一团糟还带来相当灾难性的后果:这些可能性都很重要而且数目众多(事实上它们的数量是无穷大),其结果是宇宙中的任何一点都应该对应于无穷大的能量值,哪怕是在没有其他东西的真空中。很显然,实际情况不是这样的,不然我们的宇宙就会在任何地方开始塌缩,就在现在,因为这些无穷大的能量给时空带来的巨大引力效应。因此,这幅画中显然有些不对头的地方。
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1700911701 为了让这个讨厌的问题变得容易对付一点,量子场理论学家们想出来一个机智的办法:他们纯粹简单地决定忘掉引力,将它从游戏中整个驱离。既然这样,他们还顺便把无穷大也去掉了。他们关掉这个开关,只计算剩下的部分,连哄带骗地……居然成功了。
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1700911703 荷兰理论物理学家霍夫特(Gerard’t Hooft)就是开创这种数学外科手术方法的几位极其聪明极其出色的物理学家之一,他因为这个贡献和他的博士生导师马丁努斯·韦尔特曼(Martinus Veltman)一起获得了一九九九年的诺贝尔物理学奖。因为他(和其他几个人)的贡献,虽然他们粗暴地用数学开关关掉了无穷大,但还是通过其精准的预言能力将量子场理论变成历史上最成功的科学理论。去除无穷大的结果导致了一些以前从未被见过的粒子被预言,而且是精确预言——对于它们的质量和电荷——精确到误差小于一千亿分之一。如果随便一个人能那么精确地猜测,他将成功地猜出送到各个酒吧的一百万品脱啤酒里是不是少掉了一滴。如果我们真的具备这种能力,估计酒吧里每天都会有暴动。
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1700911705 量子场理论所作出的预言都精确得让人吃惊。但这种“赖皮”手段给寻求解释的我们来说,所带来的伤害就算痛饮一百万杯啤酒都难以消解。
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1700911707 为什么这些无穷大会发生?
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1700911709 难道仅仅是因为在我们宇宙当中比这些理论能够有效探测的更小的区域里,我们不知道那里究竟发生了什么?
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1700911711 也许是吧。
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1700911713 不管怎么说,有一位非凡的美国物理学家就是这么想的。他的名字叫肯尼斯·格迪斯·威尔逊(Kenneth Geddes Wilson),他不再试图解释无穷多个更小的领域以得到有关粒子的某个结论,而是认为如此令人头晕眼花的尺度可能确实是问题所在:人们没有必要为了能够讨论粒子而考虑更加小的尺度。就像人们在市场上挑拣苹果而不必去比较原子那样,威尔逊提出并且证实了未知的东西也能够被测量,被规定,和被抛到一边。
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1700911715 这的确有用——事实上威尔逊因为这个贡献而获得了一九八二年的诺贝尔物理学奖。
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1700911717 威尔逊并没有解决无穷小状况下会发生什么情形的问题,他只是舍弃了这个问题。通过对未知情况的切除和粗粒化,以前影响场论的无穷的问题不复存在了。
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1700911719 移除无穷的过程有个名字,叫做“重正化”。就像我在前面所说的,它在计算方面的效率非常出色。但是对于渴望理解所有事物的人来说,对于未知并不能简单地忽略而过。有必要深入下去。尤其在考虑到引力的情况下,这些重正化手段并不起作用。
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1700911723 另一方面,量子场论是关于宇宙真正包含什么的理论。它们非常精确,真的精确到让你难以相信,但只能在不考虑时空背景,固定不变,以及引力不对任何东西发生作用时才有用。这不是一个真实的世界。
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1700911725 我们必须找到一个途径把引力拉回来。
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1700911727 我们必须把引力导入量子场。
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1700911729 那么该怎么做呢?
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1700911733 量子场论断言只要有场存在,就能产生小块的能量,或者小块的物质,它们被称为“量子”。电磁场的基本量子就是其最小能态的基本粒子即光子和电子。与此类似,强核力场的基本量子是夸克与胶子,引力场(被视为一个假设的量子场)的基本量子是引力子。
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1700911735 在本书的第五部分,你已经听说了这些词,但我们当时否定了它。为什么它们又出现在这儿?因为我们要看看它们究竟错在哪里。
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1700911739 我们设想一下引力来自某个类似于你目前所见的所有其他场的量子场,那么引力子就是这个场的作用力携带者。当理论学家在纸上计算这些量子是如何影响其周围时,他们发现效果就如同时空曲线。
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1700911741 写在纸上,它们就是引力。
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1700911743 一个很好很有希望的开端。
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1700911745 但是再进一步思考,科学家们发现引力场的量子,就是这些引力子,使得关于引力的明确的理论完全失效。
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