上帝掷骰子吗-量子物理史话-第50部分
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… … castor_v_pollux 连载：量子史话 出版社： 作者：castor_v_pollux
在统一广义相对论和量子论的漫漫征途中，物理学家一开始采用的是较为温和的办法 。他们试图采用老的战术，也就是在征讨强、弱作用力和电磁力时用过的那些行之有效的 手段，把它同样用在引力的身上。在相对论里，引力被描述为由于时空弯曲而造成的几何 效应，而正如我们所看到的，量子场论把基本的力看成是交换粒子的作用，比如电磁力是 交换光子，强相互作用力是交换胶子……等等。那么，引力莫非也是交换某种粒子的结果 ？在还没见到这个粒子之前，人们已经为它取好了名字，就叫“引力子”（graviton）。根 据预测，它应
该是一种自旋为2，没有质量的玻色子。 可是，要是把所谓引力子和光子等一视同仁地处理，人们马上就发现他们注定要遭到 失败。在量子场论内部，无论我们如何耍弄小聪明，也没法叫引力子乖乖地听话：计算结 果必定导致无穷的发散项，无穷大！我们还记得，在量子场论创建的早期，物理学家是怎 样地被这个无穷大的幽灵所折磨的，而现在情况甚至更糟：就算运用重正化方法，我们也 没法把它从理论中赶跑。在这场战争中我们初战告负，现在一切温和的统一之路都被切断 ，量子论和广义相对论互相怒目而视，作了最后的割席决裂，我们终于认识到，它们是互 不相容的，没法叫它们正常地结合在一起！物理学的前途顿时又笼罩在一片阴影之中，相 对论的支持者固然不忿气，拥护量子论的人们也有些踌躇不前：要是横下心强攻的话，结 局说不定比当年的爱因斯坦更惨，但要是战略退却，物理学岂不是从此陷入分裂而不可自 拔？ 新希望出现在1968年，但却是由一个极为偶然的线索开始的：它本来根本和引力毫无 关系。那一年，CERN的意大利物理学家维尼基亚诺（Gabriel Veneziano）随手翻阅一本数 学书，在上面找到了一个叫做“欧拉β函数”的东西。维尼基亚诺顺手把它运用到所谓“ 雷吉轨迹”（Regge trajectory）的问题上面，作了一些计算，结果惊讶地发现，这个欧拉 早于1771年就出于纯数学原因而研究过的函数，它竟然能够很好地描述核子中许多强相对 作用力的效应！ 维尼基亚诺没有预见到后来发生的变故，他也并不知道他打开的是怎样一扇大门，事 实上，他很有可能无意中做了一件使我们超越了时代的事情。威顿（Edward Witten）后来 常常说，超弦本来是属于21世纪的科学，我们得以在20世纪就发明并研究它，其实是历史 上非常幸运的偶然。 维尼基亚诺模型不久后被3个人几乎同时注意到，他们是芝加哥大学的南部阳一郎， 耶希华大学（Yeshiva Univ）的萨斯金（Leonard Susskind）和玻尔研究所的尼尔森（Holger Nielsen）。三人分别证明了，这个模型在描述粒子的时候，它等效于描述一根一维的“弦 ”！这可是非常稀奇的结果，在量子场论中，任何基本粒子向来被看成一个没有长度也没 有宽度的小点，怎么会变成了一根弦呢？ 虽然这个结果出人意料，但加州理工的施瓦茨（John Schwarz）仍然与当时正在那里访 问的法国物理学家谢尔克（Joel Scherk）合作，研究了这个理论的一些性质。他们把这种 弦当作束缚夸克的纽带，也就是说，夸克是绑在弦的两端的，这使得它们永远也不能单独 从核中被分割出来。这听上去不错，但是他们计算到最后发现了一些古怪的东西。比如说 ，理论要求一个自旋为2的零质量粒子，但这个粒子却在核子家谱中找不到位置（你可以想 象一下，如果某位化学家找到了一种无法安插进周期表里的元素，他将会如何抓狂？）。 还有，理论还预言了一种比光速还要快的粒子，也即所谓的“快子”（tachyon）。大家可 能会首先想到这违反相对论，但严格地说，在相对论中快子可以存在，只要它的速度永远 不降到光速以下！真正的麻烦在于，如果这种快子被引入量子场论，那么真空就不再是场 的最低能量态了，也就是说，连真空也会变得不稳定，它必将衰变成别的东西！这显然是 胡说八道。 更令人无法理解的是，如果弦论想要自圆其说，它就必须要求我们的时空是26维的！ 平常的时空我们都容易理解：它有3维空间，外加1维时间，那多出来的22维又是干什么的 ？这种引入多维空间的理论以前也曾经出现过，如果大家还记得在我们的史话中曾经小小 地出过一次场的，玻尔在哥本哈根的助手克莱恩（Oskar Klein），也许会想起他曾经把“ 第五维”的思想引入薛定谔方程。克莱恩从量子的角度出发，而在他之前，爱因斯坦的忠 实追随者，德国数学家卡鲁扎（Theodor Kaluza）从相对论的角度也作出了同样的尝试。后 来人们把这种理论统称为卡鲁扎…克莱恩理论（Kaluza…Klein Theory，或KK理论）。但
