| 漫谈统一场理论 |
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作者:思议 文章来源:不可思议网 点击数: 更新时间:2006-4-21 1:10:52 |
(一):困惑·信仰·科学方法
当时空被莫名其妙地扩展成十维、十一维乃至二十六维的时候,当空间被解释成一爿丑陋的烂橘子皮或一根畸形的破水管的时候,当穿越时间隧道被科幻作家形容得悲惨壮丽好像走火入魔的气在食道里乱窜的时候,当系统内的一大堆参数被搬来拨去追求最佳效果宛若瞎猫折腾臭鱼烂虾的时候,您是不是觉得我们做错了什么?以如此高昂的代价换取统一场理论,值么? 是的,如果宇宙当真如统一场论描述的那样,毫无疑问,值! 可是我们就没犯方向性错误?当年托勒密用三佰个周转圆的天动理论体系,计算出的天体运行结果,比用哥白尼《 天旋论》(De Revolutionibus Orbium)中的地动理论体系更吻合于观察;当年引进光的传播介质“以太”和导入的“洛伦兹短缩”也很好地解释了光行差现象和光在流动水中传播的实验结果。但今天我们知道,“周转圆”和“以太”并不存在于现实世界中。 难道我们又出错了?如果是的话,到底错在哪儿? 莫非,物理学上的另一次革命的曙光已露端倪?
铺平你的纸张,并,削尖你的铅笔!… 且慢!你可以怀疑,但要推翻一个理论,还需用科学的手段! 的确,无论科学界还是非科学界,不少人怀疑统一场论的思想方法能否建立起一个能描述真实的宇宙模型。然而科学毕竟是科学,那些画几个圈涂两个字的业余科学家哲学家的时空观,只能显示从两千多年前老子墨子庄子起便不长进的思想。科学需建立在观测的基础上,对未知进行推断,由逻辑证实且能用实验证伪。当今理论物理学家们想要建立的统一场理论便是沿著科学的道路向前摸索着的。 科学的方法,说起来并不复杂,核心便是老老实实认认真真。首先是观测结果的归纳,接著是假说的设定,然后推理演绎诠释结论,最后不断地证伪直至体系被推翻。 什么是科学?Karl Popper提出个界定科学的证伪标准(Falsification Principle):凡不能利用实验证伪的体系不能称之为科学体系;即使是只有单一的证据能够反驳一个一般性的说法,便足以推翻那个说法的可信性。证伪标准来源于维也纳哲学学派逻辑实证主义者(Logical Positivism),这个学派认为:一切关于自然界的论点全是没有意义的,除非它是可以实验的。举例来说,“咪咪是女的”便是可以重复验证的,交给河马便能执行实验了;而“小资的色彩是蓝色的”,或许能引发起某些人心灵上的翻江倒海和脸蛋上的浊涕清泪,但那不是科学的判断,因为即使你呼天号地寻死觅活地去捍卫或诋毁那个“蓝色的小资”,也不可能找到一个实验来证伪“小资是蓝色的”。 量子场论和广义相对论带给我们一个全新的物理世界诠释,对这些理论的证伪也从未间断过。几十年来,围绕这两大理论产生出不少观点。其中,试图将这两大理论统一的尝试尤其引人入胜,因为由此我们可以得到一个全能的理论---自然界的单一化叙述:所有的物理现象可以从一个基本原理衍生出来。 让我们简单看看统一场论的内容和方法。
(二):基本粒子和作用力
统一场论是指微尺度上的量子力学和大尺度上的相对论力学的统一,诉诸于物理概念,就是力的统一。 自然界五花八门的力可分为四种:引力(Gravitation)、电磁力(Electromagnetism)、两类核作用力(Nuclear force)---弱作用力和强作用力。其中引力服从于相对论力学理论,其他三种力服从于量子力学理论。统一场论的要求就是找到一个单一的数学语言描述这四种力。由于各类粒子对以上四种力的感觉不同,当今流行的构造统一场论的方法是,将对应于不同种力的粒子用同一理论框架维系起来。 基本粒子的学说可以追述到古希腊哲学家流西普斯(Leucippus)和德谟克里特斯(Democritus)。大约公元前四百年,德谟克里特斯提出原子论。他认为大千世界由虚空和原子(atoms)构成,原子不生不灭,是物质能够分割的最小单位。这种观点持续了两千多年,直到十九世纪,汤姆生(Thomson)等发现了电子,人们才知道原子内部并非是充实的,里面还有更小的粒子在运动。二十世纪,物理学家发现了原子的基本模型,以后中子及各种介子相继发现,基本粒子也就越来越小了。 如今我们明了,原子中的核子:质子、中子等是由叫做夸克(quarks)的更小粒子组成。夸克以两个或三个一组结合生成核子。想要解释目前已知的核子,就必须有至少六种夸克:u(up)夸克、d(down)夸克、s(strange)夸克、c(charm)夸克、t(top)夸克、b(bottom)夸克。原子中不是由夸克组成的基本粒子有电子、两种类似电子但比电子重的粒子、三种微中子(neutrinos),这六种粒子统称为轻子(leptons)。每 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] 下一页 |
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