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1700933728 两根弦走进了一个酒吧,然后要了几杯啤酒。服务生对他们其中一个说:“嘿,好久不见。最近怎么样?”然后他对另一根弦说:“你是新来这里的,是吗?你跟你朋友一样是闭弦吗?”第二根弦回答道:“不,我是一个磨散的结。”
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1700933730 好吧,你希望从一个弦论学家身上得到什么东西呢?
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1700933732 这个笑话到此结束,但是故事得继续下去。那个服务生感到有点晕晕乎乎。大概是因为吧台后面有太多秘制的饮料,也有可能是这两个顾客不断闪烁的量子扰动使他发晕了。但是,这并非是普通的晃动,弦似乎运动得非常奇怪,好像有某种隐藏的力在用力拽它们,想把它们结合到一起。每当一根弦突然移动一下时,另一根会紧接着在它的高脚凳上被拽一下,反过来也同样。但是看起来并没有什么东西连接着它们。
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1700933734 服务生对这种诡异的行为很好奇,想找到某些线索,就盯着它们之间的空间看。起初他所能看到的只是微弱的闪烁,一个令人眩晕的几何上的扭曲,但是看了1分钟之后,他发现不断有一些小东西从两个客人身体上脱落下来,形成它们之间的一个凝聚物。正是这个凝聚物推搡着它们。
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1700933742 弦发射和吸收其他的弦。我们以一个闭弦为例子。除了只在零点附近做晃动,一个量子弦可以分裂成为两根弦。我将在第21章中描述这个过程,但是现在一个简单的图像可以给你一个概念。这就是一幅闭弦的图。
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1700933747 这根弦微小地摇动着直到一个耳朵形状的附加物出现。
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1700933749 这根弦已经可以分裂了,放出它自己的一小部分。
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1700933754 反过来也是可能的:当一根较小的弦遇到另一根大一些的弦,它将会通过逆过程而被吸收。
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1700933756 服务生看到的是那些小的弦的凝聚物——就像飘浮的量子云——包围着他的客人。但是当他看得不是那么仔细的时候,这个模糊的凝聚物看起来仅仅发生弯曲,他的视线就像一个弯曲的时空区域所作的。
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1700933758 这些细小的闭弦圈是引力子,它们云集在较大的弦附近并形成一种凝聚物来模拟引力场的效应。引力子是引力场的量子,在结构上与核物理中的胶子球类似,但是引力子的尺寸是后者的1/1019。如果它真的存在的话,有人会问这一切对于核物理来说又意味着什么。
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1700933760 弦论学家的热情,让一些其他领域的物理学家们觉得很气愤。弦论学家认为:“弦论中漂亮、优雅、自洽、坚实的数学会导致一个令人吃惊的、难以置信的结果,该结果能自动导出引力,所以它必定是对的。”但是对于那些持怀疑态度的、不是弦论圈子里的人来说,即使弦论中一些东西已被证明,弦论并非好到足以让我们得到一个令人信服的理论。如果弦论是关于自然界的正确理论,那么证实它的方式就是通过令人信服的实验预言和经验检测,而不是逻辑。他们是对的,但是弦论学家也是对的。真正的问题在于对这些尺寸是质子的100亿亿分之一的物体进行实验是极其困难的。但是不论弦论最终是否能得到实验数据的证实,在这个自洽的数学实验室中,我们可以检测各种关于引力与量子力学结合的想法。
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1700933762 假定引力会出现在弦论中,我们可以假设当弦的质量足够大的时候,就会形成一个黑洞。所以弦论是一个框架,在那里霍金的佯谬是可以得到检验的。如果霍金是对的,那么黑洞不可避免地导致信息丢失,弦论的数学会证明这个结论。如果霍金是错的,那么弦论会告诉我们信息是如何逃离黑洞的。
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1700933764 在20世纪90年代的早期,我和赫拉德·特霍夫特之间曾有3次互访,两次在斯坦福,一次在乌得勒支(如果我没记错的话)。特霍夫特基本上是不相信弦论的,尽管他曾写过一篇有重大影响的文章解释了弦论和量子场论之间的关系。我不能确定他讨厌的根源是什么,但是我能猜到其中部分原因在于,从1985年开始美国所建立的理论物理学机构,居然清一色地由弦论学家所主导。特霍夫特,这个永远的针锋相对者,相信(我也是)多样性的力量。你对待问题的方式越是不同,那么你的思想风格就越不同,解决科学上真正难题的机会就会越多。
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1700933766 然而对于特霍夫特来说,更重要的是他的怀疑不只在于反感,那种物理学被狭小的一群人掌管所带来的反感。我所能说的就是,他承认弦论的价值,但是他排斥弦论是“终极理论”的主张。弦论的发现是一个偶然,而且它的发展道路一直很崎岖。我们从未有过一组总的方程或者一组确定的精简的方程。即使到了今天,它包含了一个相互联系的数学网络,这些数学以引人注目的方式聚合在一起,不过它们并不能增加以牛顿引力理论、广义相对论和量子力学为特征的原理约定集合。而是,就像一个非常复杂的拼图玩具,我们只能很模糊地感受到这整幅图。记住在这章开头所引用的特霍夫特的话:“试想我给你一把椅子,同时又跟你解释说,椅子还没有腿,坐板、靠背和扶手也许一会儿会送过来;不论我真正给了你什么,我还能称其为椅子吗?”
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1700933768 弦论确实还不是一个完整的理论,但是就现况而言,它是我们最好的数学向导,指引我们通向量子引力的终极原理。而且,我想补充的是,它是黑洞战争中最有力的武器,特别是证明特霍夫特他自己的那些信念。
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1700933770 在接下来的三章中,我们将看到弦论如何帮助解释和确认黑洞互补性原理、黑洞熵的起源以及全息原理的。
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1700933772 黑洞战争 [:1700930485]
1700933773 第20章 最后的螺旋桨
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1700933775 对于大部分物理学家来说,特别是那些广义相对论的专家,黑洞的互补性原理实在是太疯狂了,这不可能是真实的。他们并没有对量子效应所产生的含糊性感到不舒服;普朗克尺度上的含糊是完全可以接受的。但是黑洞互补性原理所提议的东西要激进得多。根据观测者的运动状态,一个原子可能是一个微观的小物体,或者它可能弥散在一个巨大黑洞的整个视界面上。人们确实无法接受这么含混的东西,连我自己也觉得很奇怪。
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