对于那些提倡弦论是万物的唯一理论的人而言.ppt

因此，M 理論的定律允許擁有不同表現定律的不同宇宙，表現定律依內空間如何蜷縮而定。M 理論具有允許許多，也許多達 10500 的不同內空間的解，這意味著它允許 10500 個不同宇宙，各自具有自己的定律。為了體會這個數字有多大，這麼考慮吧︰如果某種生物只用1毫秒就能分析為其中每個宇宙預言的定律，並且從大爆炸時就開始進行，至今那個生物才研究了其中的 1020 個，而且那是連在喝咖啡的時間都不休息的情形下。 牛頓在幾個世紀之前証明，數學方程能對物體相互作用給出令人驚訝的準確描述，無論是在地球還是在天穹。科學家們由此相信，如果我們知道正確的理論並擁有足夠的計算能力，便能預見整個宇宙。後來出現了量子不確定性﹑彎曲空間﹑夸克﹑弦以及額外維，而他們工作的最後結果是 10500 個宇宙，各擁有不同的定律，其中只有一個對應於我們所知道的宇宙。物理學家原先希望創造一個單獨的理論，把我們宇宙的表現定律解釋成一些簡單假設的唯一可能的結果，這種希望也許必須被拋棄。那我們該怎麼辦﹖如果M理論允許 10500 族表現定律，那我們為何落到這個宇宙，並擁有對我們顯而易見的定律﹖其他那些可能的世界又如何﹖ 史蒂芬?霍金 列納德?蒙洛迪諾/著 吳忠超譯 自然的已知的力可分為 4 類︰ 1. 引力。這是4種力中最弱的力，但它是長程力，並且作為吸引力作用於宇宙中的萬物。這意味著，對於大物體引力都叠加起來，並且能夠支配其他所有的力。 2. 電磁力。這也是長程的，並且比引力要強得多，但是它只作用在帶電荷的粒子上，它在同種電荷之間排斥的，而在導種電荷之間是吸引的。這意味著大物體之間的電力相互抵消，但它們在原子分子尺度起支配作用。電磁力決定著全部化學和生物學過程。 3.弱核力。這力引起放射性，並在恒星中以及早期宇宙的元素形成中起極其重要的作用。然而在日常生活中，我們不接觸這個力。 4.強核力。這力把原子核中的質子和中子束縛在一起。它還把質子和中子自身束縛住，因為它們是由更微小的粒子，即我們在第三章中提到的夸克構成，所以這是必要的。強力是太陽和核動力的能源，但是，正如弱力一樣，我們與它沒有直接的接觸。 第一種其量子版本被創造出來的力是電磁力。電磁力的量子理論，稱作量子電動力學，或簡稱為 QED，是 20 世紀 40 年代由理查德?費恩曼和其他人發展的，已成為所有量子理論的一個模型。正如我們說過的，根據經典理論，力是由場來傳遞的。但在量子理論中，力場被描繪成由稱作玻色子的各種基本粒子構成，玻色子是在物質粒子之間來回飛行，携帶並傳遞力的粒子。物質粒子叫費米子?電子和夸克是費米子的例子。光子或者光的粒子，是玻色子的例子。 正是玻色子傳送電磁力。所發生的是一個物質粒子，比如電子發射出一個玻色子或者力粒子，因之而引起回彈，非常像發射炮彈時引起的大炮回彈一樣。後來力粒子和另一個物質粒子碰撞開被吸收，改變了那個粒子的運動。按照 QED，在帶電粒子—感受到電磁力的粒子—之間的所有相互作用按照光子的交換來描述。 QED 的預言已被檢驗並發現很精確地符合實驗結果。但是進行 QED 所需的數學計算會很難。正如我們下面將要看到的，問題在於當你對上面粒子交換框架加上量子論的要求，即人們包括相互作用能發生的所有歷史 — 例如，所有力粒子能被交換的方式 — 數學就變得複雜了。幸運的是，費恩曼除了發現可擇歷史的概念 — 在前一章中描述的考慮量子論的方法 — 還研究出解釋不同的歷史的優雅的圖解方法，今天該方法不僅應用於 QED，而且應用於所有的量子場論中。 費恩曼圖解方法提供一種摹想歷史求和的每一項的方法。那些稱為費恩曼圖的圖畫現代物理最重要的工具之一。在 QED 中，對所有可能歷史的求和可表示為像對如下那些費恩曼圖的求和，它們表示兩個電子通過電磁力相互散射的某些可能的方式。這些圖中的實綫代表電子，而波綫代表光子。時間被認為是從底部往頂部前進，而綫的會合處對應於光子被一個電子發射或吸收。 費恩曼圖不僅是想像和分類相互作用如何發生的優雅方法。該圖還附有允許你從每個圖的綫和頂點得出數學表達式的規則。例如，具有某給定初始動量的人射電子變成具有某個特別的最終量飛離的概率，那是由對每一幅費恩曼圖的貢獻求和得到的。正如我們所說，因為這些圖的數目無限多，所以要花一些功夫。此外，儘管射人和射出的電子被賦予了確定的能量和動量。在圖內部的閉圈的粒子可具有任意的能量和動量。這一點是重要的，因為在進行費恩曼求和時，人們不僅要對所有的圖求和，而且還要對所有的那些能量和動量值求和。 重正化的過程牽涉減掉一些量，這些量以這樣的方式被定義成負無限大，注意數學細節，使得負無限大的值與理論中產生的正無限大的值和幾乎完全對消，留下一個小餘量，即質量和電荷的有限的觀察值。這些操作可能聽起來有點像使你中學數學考試不及格的東西，而重正化，正如聽