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空间■一张图弄明白：从零维到十维空间( 八 )


这是一套与黎曼、爱因斯坦学说迥异的解释自然力的理论 ， 它的主要理论观点包括：
1、作用力是由于不连续的能量包交换而产生（也就是量子：quanta）；
2、不同的作用力的产生来自于不同量子的交换；
3、我们永远无法同时知道次原子粒子的速度及其位置；
这就是著名的海森堡测不准定理 ， 这个听起来不怎么靠谱的定理 ， 却是半个世纪以来最经得起任何实验挑战的一个定理 ， 至今 ， 还没有任何一个实验结果违背了这一条定理 。
所谓次原子粒子：就是比原子还要微小的粒子 。 海森堡测不准定律在哲学上的意义在于 ， 它从物质构成的最底层 ， 将所有事物的产生和构成 ， 都解释为机率的一个表现 ， 而不是一个必然的结果！换句话说 ， 就是没有所谓客观存在 ， 也没有所谓必然结果 。 这一条 ， 彻底撼动了唯物主义的基石 。
4、粒子有可能以有限机率进行穿隧或量子跳跃 ， 并穿越不可浸透的障碍物 。
听起来各种不靠谱是吗？但是！这个理论不仅反复被实验证明 ， 而且人们甚至根据该理论制造出了隧道二极管（tunnel diode ， 或称江崎二极管） 。
量子力学以光子（也就是光的量子）为例 ， 认为弱作用力和强作用力是源于能量量子的交换 ， 并称之为“杨－米场” ， 这是杨振宁和他的学生米尔斯于一九五四年发现的理论 。
你造吗？杨老师年轻的时候有多牛逼！到一九七O年代 ， 杨－米场已经可以解开所有核子物质的秘密 ， 可以解释有关于次原子粒子的任何实验数据 。 在解释电子与光的交互作用时 ， 其精确度达到千万分之一 ， 号称是有史以来最精确的理论 。 科学界对这个理论如此有信心 ， 以至于称之为“标准模型”（Standard Model） 。
量子力学经过五十年的发展 ， 成功地整合了四种自然作用力的三种：强作用力＋弱作用力＋电磁力 。 但是 ， 包括杨振宁本人在内的许多科学家都认为 ， 标准模型一定不是最终的大一统理论 ， 主要原因是该模型并不包括重力！
历史地看 ， 可以这么说：量子力学只是根据次原子粒子的部分外表特性做了整理 ， 却未对它们的来源做出任何说明 。
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超重力论 ， 在十一维空间统合四种作用力
统合量子理论和重力 ， 以创造出一个“万有理论”（Theory of Everything） ， 这个问题挫折了二十世纪最聪明的心智 ， 包括爱因斯坦、海森堡等等一众科学界的巨擎和大碗 ， 但均不可得 。
一九七六年 ， 纽约州立大学石溪分校的三位物理学家写下了超重力理论 。 简单说 ， 这个理论对黎曼的“度量张量”模型进行研究 ， 几乎实现了爱因斯坦统合已知作用力的梦想 。
他们发现 ， 在一个十一维的度量张量模型里 ， 包含了自然界里几乎所有的粒子与作用力：爱因斯坦的重力理论、杨－米场与麦克斯韦尔场、还有夸克与轻子 。 如图所示：
空间■一张图弄明白：从零维到十维空间
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（图中的括弧 ， 代表一个十一维的黎曼度量张量场 。 如果把它简化成四维 ， 就是爱因斯坦的重力场；提高它的维度数 ， 我们就可以推导出麦克斯韦尔方程组和标准化模型；最终 ， 在十一维度 ， 统合了代表四种作用力的所有方程组 。 ）
超重力理论虽然在模型上统合了四种作用力 ， 但它的缺陷在于在很多关键节点上没有具体量化的数学模型和公式 。 所以只能成为迈向宇宙统一理论慢慢征途上的一块铺路石 。 新的 ， 也是最强大有力的物理学计划已经登场 ， 它就是：超弦理论（Superstring Theory）
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超弦 ， 统合所有作用力和自然律
一九六八年 ， 超弦理论被意外发现 。 当时 ， 两位年轻的理论物理学家在欧洲核子研究中心（CERN）意外发现十九世纪数学家尤拉完成的尤拉贝塔函数（Euler beta funcation）竟然符合几乎所有描述基本粒子强交互作用所需的全部特质 。


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