史上物理学最强的科普!( 二 )


在这个十维空间中 , 有一种最小单位的弦纵横其中 。 以类比的说法 , 十维空间是宇宙这座大琴的音箱 , 拨动这些弦造成不同的音高与音色 , 于是产生不同的基本粒子 , 进而发展出所有的物质与作用力 。 (最新的M理论 , 有别于超弦理论 , 认为宇宙是从十一维开始演进的 。 )
◆只有四种自然力
两千年来 , 科学家已经发现我们宇宙的所有现象 , 都可以简化成四个作用力:
1.电磁力(electromagneticforce):包括电力、磁力和光本身 , 合称为电磁力 。 电荷(磁级)正负相同为排斥力 , 相反为吸引力 。 由光子传递 , 与电量成正比 , 距离成反比 。 长程力 , 在四种力中第2强 。
2.强核力(strongnuclearforce):是夸克之间的吸引力 , 由胶子传递(束缚质子和中子于原子核中的是其附加效果由π介子传递) 。 在有效距离内 , 距离越大 , 力约大 。 短程力 , 在四种力中最强 , 也是恒星燃烧能量的自然力 , 氢弹的爆炸正是运用强核力的原理 。
3.弱核力(weaknuclearforce):弱核力左右了部分放射性物质的衰变形态 , 是造成β衰变一类的衰变的力 。 由希格斯粒子(W+、W-、Z0)传递 , 较弱 , 短程力 , 作用在夸克级的粒子 。 是四种力中第3强的 。
4.重力(gravitationalforce , 或称引力):由引力子传递 , 与质量成正比 , 距离成反比 。 长程力 , 在四种力中最弱 。
◆为何要统一自然力?
一旦人类将所有的作用力整合成一个超作用力 , 这时会有什么突破 。 关于这一点 , 物理学家PaulDavies写到:“我们能够改变时空的结构 , 了解宇宙万物的来龙去脉 , 让物质变得井然有序 。 控制超作用力后 , 我们便能任意地组合与改变粒子 , 制造出前所未有的物质形态 。 我们甚至能左右空间的维度数 , 制造出具有不可思议属性的人工世界 。 我们将成为宇宙的主宰 。 ”

史上物理学最强的科普!
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→人类诞生的历史超过数千万年 , 在99.99%时间里 , 人类能够掌握的能量只是双手和肌肉的力量 , 大概只有八分之一马力;
→十万年前 , 随着手持工具的发明 , 人类的能量输出倍增 , 达到一又四分之一马力;
→牛顿发现万有引力和运动定律 , 让力学被简化成条理分明的方程组 。 现代机械原理催生出蒸汽机 , 人类掌握的能量达到数十到数百马力;
→麦克斯韦尔方程式 , 启迪了爱迪生等发明家 , 人类进入电力时代 , 能量级数获得飞跃 , 极大地改变了人们的生活 。
→爱因斯坦的相对论为人类打开了核能利用的时代 , 人类掌握的能量提升到足够摧毁自己所居住的行星的程度 。
历史地看:每当人类控制一项自然力 , 都能大幅提升人类所能掌握的能量 , 让整个社会改头换面 。 那么 , 未来的人类需要多大的能量?10E20亿电子伏特起步 , 超过了现在的一千亿倍 。 否则 , 我们将无法使空间弯曲 , 解决航行到遥远星际的难题;或者 , 在宇宙崩溃的瞬间 , 有足够的能量打开六维宇宙 , 逃离灭亡的劫难 。
下面 , 就让我们按照时间顺序 , 回顾一下人类整合四种自然力的历程:
1.黎曼 , 支撑爱因斯坦的巨人
史上物理学最强的科普!】牛顿曾经说:“如果说我比别人看得更远些 , 那是因为我站在了巨人的肩上” 。 按照牛顿的这种说法 , 黎曼毫无疑问正是支撑起爱因斯坦的那个巨人 。
一八五四年六月十日 , 一套新的几何学诞生了 。 黎曼在德国哥廷根大学发表了著名的演说 , 彻底撼动了两千年来从未被动摇过的欧几里德几何学 。
黎曼是位数学奇才 , 高中时期只用区区六天时间完全吸收了《数论》(TheoryofNumber) , 那是一部八百五十九页的艰涩巨著 。
黎曼挑战希腊几何学 , 认为纵然欧几里德的数学运算极为精确 , 它的根基却只是常识与直觉的流沙 , 而不是扎实的逻辑推演结果 。
比如 , 欧式几何说三角形三个内角之和等于一百八十度 , 但这个看似简单的问题 , 在数学史上却从来没有被严密证明过!而且 , 假如我们身处弯曲表面的世界 , 这个公式就不成立了 。
(行文至此 , 我们必须向欧几里德先生表达诚挚的敬意!每次想到他老人家两千多年前写就的《几何原本》至今仍然是全世界的中学课本 , 我就不寒而栗!那些至今未被严密证明过的公理 , 一个生活于公元前300年的希腊人是如何发现的呐?如果这个世界有“神迹” , 欧先生当之无愧是其中之一!)