超弦大牛布莱恩·葛林与学生对话弦论


布莱恩·葛林(Brian Greene,1963——),美国宇宙学家,弦理论家,哥伦比亚大学教授,著有多部科普畅销书,如The Elegant Universe、The Fabric of the Cosmos, The Hidden Reality。

想象一个这样的世界,万事万物之运行统一于一个科学原则,这一个科学原则可以解释生活中最大困惑,如从时空起源到万有引力,还可以解释生活中的小事,如白日梦。

现在想象一下,以上疑惑都可由貌似无穷无尽的肉眼不可见的振动的弦来解释。这些无穷小的细丝可能存在于基本粒子夸克中,夸克组成质子和中子,质子和中子组成元素周期表上的原子,进而编织起整个宇宙。

哦,这个想象出的世界是11维的,不是我们的现实世界的4维,即前后、左右、上下三个空间维度再加上一个时间维度。

物理学家布莱恩·葛林论称,我们真实所处的世界正是这个假想的世界,而非我们感受的现实世界。

葛林是超弦理论领域的领军人物(也是一位小有名气的娱乐艺人),从事超弦理论研究已有几十年。他是大统一理论的前沿的少数物理学家之一,大统一理论是阿尔伯特·爱因斯坦在他生命的最后30年里所未竟的梦想。

2017年,葛林与美国创价大学学生对话,纵论宇宙奥秘。



美国创价大学校徽

问:弦论如果被证实,对于不学物理的一般人有何影响?

答:没太大影响,这就是我妈妈一直搞不懂我为什么搞弦论研究的原因。我说的没太大影响,指短期没大影响。从长远来看,我们对现实的理解会影响我们对我们是谁的理解。如果我们知道我们是一捆振动的丝线,或者知道我们的世界的维度比我们感受到的维度要多,或者知道我们宇宙之外还可能有其他甚至连弦论都无法描述的宇宙,我会禁不住感到,如果弦论得到证实,弦论思想随着时间的推移,潜移默化中会不断改变我们对自我的看法。

问:你说世界有11个维度,而不是只有我们所熟悉的4个维度。这些维度是否与空间和时间相似?它们是否超出了我们能想象的范围?它们能为我们所感知吗?

答:我们不能感知它们,因为它们太小了。另一种解释,我们感知事物要靠光,光可能不会传播到其他维度。当然,其他维度是空间维度,而非时间维度。从根本上说,它们和我们所熟悉的三个空间维度是一样的,只是形状和大小会不同。所以在某种程度上,他们是很无聊的,并不特殊。但另一方面,有其他维度是一个相当疯狂的想法。

问:大统一理论的核心为何是振动的弦,而不是正方形或三角形?我们如何证明弦的存在?

答:在弦理论的早期,我指的是在1995年之前,弦貌似非常特殊,只是为了数学好描述。但在离此不远的南加州大学一次学术报告后,爱德华·威滕(Edward Witten)取得了巨大突破,弦不再像我们曾经认为的那样特别。事实上,有些人建议将弦论改称为M理论,即膜理论。你的另一个问题是你如何对弦论进行实验验证,否则如何判断弦论是否符合现实?这显然是一个挑战,因为弦论的内容和特征不会出现于日常生活中,只可能出现在最极端的环境中——非常高的能量,非常小的距离。



爱德华·威滕(Edward Witten

问:难以想象,多出些维度或者是这些难以察觉的细丝可以解释宇宙中所有的一切。然而,你的书很畅销,显然与很多人产生了共鸣。你认为这说明了你的读者,以及一般公众,对这些高深的思想的接受度如何?

答:我认为很明显,这说明我们每个人都在不同程度寻求大统一理论。我们都想对宇宙多一点了解,对我们人类的变迁了解更全面一些。有些人对科学敬而远之,是因为学校教的科学支离破碎,让学生死记硬背,或是仅仅是习题练习,而不是给我们提供一个进入现实的窗口。只要弦论思想在可理解的框架下阐释,问题呈现得清清楚楚,我想每个人都可以对这些弦论思想感到兴奋。也许唐纳德·特朗普总统例外。

问:自2011年希格斯玻色子(一种基本粒子)发现以来,物理学领域发生了怎样的变化

答:这是一个精彩故事的巅峰,这个故事是我们心仪的故事,会被反复提及。希格斯粒子的想法始于20世纪60年代,是在数学上得到的,50年后,通过计算和实验,证明这个数学结果符合现实世界。我们现在正在研究弦论的数学。我们乐见出现类似的模式,到那时,它会让我们退后一步,说,“是的,数学探索真的能让你更接近现实”。

问:一些对弦论持批评态度的人说,弦论与其说是科学,不如说是哲学。弦论与哲的区别在哪里?

答:弦论有别于哲学之处在于,我们只对物理的那些方面感兴趣,弦论中的物理,至少在原则上,可以通过实验来检验。哲学家们更感兴趣的是一些深层次的重要的问题,探究这些问题可能借助也可能不借助实验或观察。这才是真正的区别。如果我们要做的工作从根本上脱离了观察或实验,我们就不会去做。我认为这是主要的区别。

问:如果你可以采访爱因斯坦,你会问他什么问题?

答:我可能会给他讲一下关于弦理论的知识,问问他的观点,然后问他下一步该怎么做。

原文链接:Physicist Brian Greene explains string theory and why the world has 11 dimensions, not four

标签: 弦论, 超弦, 布莱恩·葛林

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