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你曾经乘坐过飞得非常快的飞机。
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你见过量子场的真空波动并熟悉了物质与光。
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你还看见恒星爆炸产生新的世界,以及白矮星和黑洞的形成,随后你还看到了黑洞的蒸发,暗示着一种尚未被我们知晓的量子引力理论的存在。
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“现在让我们探索更远的地方。”机器人说道。
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话音未落,你俩同时开始变小。你看到微粒们从身边飞过。光射过你的身体。你看到所有已知场的真空正发生着波动起伏,而你还在继续变小。你正处于大统一尺度,在这里所有三种量子场被认为以相同的方式行事。你还在变小,已经远远小过了那个曾经缩微版的你的大小。你需要把自己周围的物件放大一千亿亿亿倍才能得到大概人类一根头发丝的宽度。在这里,一开始你什么都看不见。然后,你看见了。
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在你面前,有些什么东西。一根弦。一根并不由任何东西形成的弦,构成它的甚至不是时间或空间。当你看着它时,你甚至有一种感觉,觉得在你目光下扭动的这个东西似乎取代了时间与空间这两个概念。
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你还没有到达普朗克尺度,你也到不了。在你现在所进入的理论世界里,与你可能的想法相反,那个你曾经确信存在的普朗克尺度根本不存在。但这并不意味着你前面所看到的东西都是错的。它表示的是,在这里,你所熟悉并使用的概念都不再可靠,除了量子理论;但量子理论在这里被用于弦上,而非粒子上。
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那个在你眼前扭动的东西或许就是宇宙中最基本的元素。它是量子弦。
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有了它的存在,你或许能够解释你之前看到的一切现象,包括引力。包括你所在的整个宇宙的存在。
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那个量子弦就在你的眼前,正在振动。量子化的。你无法真正确认它的边缘,但你知道它们的存在,虽然所有关于这个弦的一切都以非常非常快的速度运动着。
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它很美,以一种轻快的能量振动着,你感到自己被它吸引。难以抑制地,你伸出手去,捡起了它,就像它就是一根吉他弦。
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虽然这根弦并不由任何东西构成,但你看到其中包含着许多种振动,互相堆积叠加,就像乐器上的和弦。在真正的吉他上,最粗的那根弦给出了基调,其他的弦给出了更高的泛音或和弦。当你在这里看着弦时,它就像是一根吉他弦的模糊影像……但又不是吉他弦本身。这是一根没有任何实体的弦,或者如果你愿意的话,可以称它为量子弦,却又能够振动。记得当“量子”一词出现在一个普通名词之前,它所暗示的就是这个普通名词所表示的东西在“量子”之后已经面目全非。在这里,“量子弦”也已经完全不是普通的弦了。弦的振动产生的不是声音,而是光。一颗光子。电磁作用力的携带者。
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你前面见过的所有量子粒子,那些构成你身体和宇宙中所有物质的粒子,都能用这些弦的振动来表示……
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这时,你右边有些东西引起了你的注意,你转过自己那比微小还要微小的脑袋,看到了另一根弦,一根与原先那根不一样的弦。这次的弦不再像一根吉他弦,而是一个闭合的环。它也在振动。也是量子化的。但它的基本振动所对应的不是光子,而是引力子,引力的携带者。它就是量子化的引力。这个环,闭合的弦,告诉你正在引力的量子理论里穿行。将它置于任何地方,它的振动都会产生与引力完全相同的效应。弄乱了量子引力理论的无穷大不见了。永远消失了。因为你摆脱了事件的时间与空间的概念。在一个光滑连续的时空概念中,考虑点状的微粒们,你很容易就会联想到某个具体的时空点让它们碰撞。在量子场理论中,虽然它本质上相当怪异,但在考虑粒子们相互作用时,依然会说发生在时空上的某个特殊位置。而在弦理论中,就不再如此。在弦理论中,粒子就是弦的振动。弦的振动就是粒子。在它们整个长度与时间中,它们是散发开的。当它们互相作用时,并不发生在某个特定的地点或特定的时间。相互作用发生在整个弦上。这样你就移除了你先前碰到的那许多无穷大。
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这个环,这根闭合的弦,含着引力,它就是引力。因为你又有了能释放光子的开放的弦,这两种弦就统一了引力与电磁力……于是量子弦不只是一种量子引力理论。量子引力理论“仅仅”是解决引力问题,以量子的方式。它可不管别的什么量子场。但你在这里看到的量子弦却不同。
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那么其他的场会怎样呢?
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这里弦能够成为统一一切的理论吗?将引力和所有我们知道的量子场整合在一起?
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为此,它们还得对物质作出解释。
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物质在哪里?你没有看到任何物质。为什么这些弦如此特殊?它们存在的诡异之处何在?为什么理论家对弦如此着迷?
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你完全有理由这么想。虽然借助你所看到的那两根弦(一根闭合,一根开放),你已经能够解释很多现象,但很多并不是全部。“我们继续前进吧。”机器人说道,于是你俩又进一步收缩。
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与你相比,那根开放的弦现在已经变得巨大无比,你仔细看着它,发现与你看到它的第一眼相比,又有了更多细节。你接下来所要做的,没有一个由物质构成的人类能够做到,但现在,你能够做到。记住这一点:要想超越已知领域,就意味着总有一些东西需要被放弃。在这里,你需要放弃的是你所在宇宙的特殊性,也就是你或许认为你所在宇宙独一无二的这种想法。但还不止这些。
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从牛顿到爱因斯坦,你放弃了宇宙是静态的和一成不变的,以及引力是一种作用力的想法,你不得不引进时空这一概念,三维空间与一维时间交织在一起,成为四维的时空这一单一概念,而且时空自身还在质量与能量周围变形。从牛顿到量子物理学,你不得不放弃粒子是一个固定的点,你必须引入波、场、不确定性以及不同历史这些概念。现在,从引力理论、量子场理论到弦理论,你必须将所有一切基本概念转化成由闭合的或开放的弦所构成的理论。
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如果只是这样就简单了,可惜并不止这些。你在这里不得不放弃的是现实只有四维的观念。弦无法存在于一个只有四维的时空之中。它们需要更多空间。它们生活在一个十维宇宙中。
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当你随着机器人向弦靠近时,你开始看到在你所认为的被包含在我们宇宙中的每一点,还有另外六个全新的空间维度,每个都含着它们自己的世界。就是从这些微小的额外维度中,产生了构成我们自身的各种物质。
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