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万花飞落

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什么是宇宙弦?  

2013-04-23 19:05:35|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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近300年来的科学发展仅仅揭开了宇宙的一小块神秘面纱。在17世纪,牛顿通过一个落地的苹果发现了地球引力的存在,提出了万有引力的学说。200年后,法拉第和麦克斯韦发现电流会产生磁场,运动的磁场可以产生电流,建立了电磁体系。到了20世纪,爱因斯坦的科学研究发现并证明了空间、时间和引力紧紧结合在一起,你不能够仅仅单独拎出一项来研究。爱因斯坦毕生的梦想就是提出一个能将力学与电磁学完整协调统一在一起,并能解释物理领域的所有现象的理论。很遗憾的是,他没能完成。

直到20世纪80年代,弦论爆炸般地登上了理论物理学的舞台,使物理学的统一不再是一个遥不可及的神话。弦论是目前最流行的理论,如果弦论真的被证明了,基本粒子和引力就能统一起来,我们知道的所有理论都能在它的理论支持下完美地被解释,并遵循所有的物理法则,人们对宇宙的认识将会更进一层。为什么会有重力,为什么电子有质量,为什么电子和质子的质量比是1:1864。人们将不再对这些问题毫无头绪。

弦论就像它的字面意思一样,它的基本观点是,所有的基本粒子其实是一种物质在不同状态下的表现,这种基本物质是:弦。这是怎么意思呢?比如说电子,这种基本粒子是没有内部构造的一个点,一个点除了移动可以产生任何现象。如果从弦论来看,微观世界里的电子并不仅仅是一个点,而是一个微小的极细的闭合弦。弦可以以不同方式震荡,就像小提琴的弦在不同的振动下会发出不同音调的声音一样,弦的不同震荡会使其表现出各种形态的粒子。当它以一种形式震荡时,表现的是电子的形态,而如果以另一种形式震荡,则表现中子的形态,或是夸克,或是其它。弦论的先锋物理学家们还认为,弦的震荡可以产生力的作用,这就使力学与量子力学统一起来。

那么宇宙弦呢?科学家们认为,宇宙弦是宇宙的遗迹,在宇宙大爆炸之初的极短瞬间形成,过程类似于“结晶”。在大爆炸的那一瞬间,宇宙空间本身变成由弦状物质组成的间断立体面。这样想象可以帮助你更好地理解,池塘的表面开始结冰,每一块冰都在不断膨胀、扩散,直到它们碰撞上其它冰块才停止,这些冰块的模样就像闭合的弦一样。宇宙弦的产生可以认为是宇宙大爆炸后宇宙空间的冷却。一些宇宙学家们认为空间也有自己的纹理,由弦或其它纹理构成,当宇宙中的物质冷却下来,就形成了星系。

但我们并不能直接看见这些弦,它们距离我们有数十亿光年。我们仅仅可以通过对宇宙微波、射线、引力辐射的精密测量,寻找证据来证明它们存在。宇宙弦也是解释宇宙射线的最好理论。

这些弦在整个宇宙中交织,比一粒原子更细,有巨大的密度(在巨大的压力之下)。这意味着它们将会对经过的任何东西产生相当大的引力,使在宇宙弦上的东西能以超速行进。因此,有人提出,将两根宇宙弦拉近到一起或将一根宇宙弦靠近黑洞,就可能将空间和时间压缩到足够的极限,从而产生封闭类时曲线,实现时间旅行。

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