在近代物理学的开端中,希尔伯特是怎样引导时空发展的?
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/11/28 09:28:40
在近代物理学的开端中,希尔伯特是怎样引导时空发展的?
在近代物理学的开端中,希尔伯特是怎样引导时空发展的?
在近代物理学的开端中,希尔伯特是怎样引导时空发展的?
在过去的一百多年里,物理学家已经发现了一连串越来越小和越来越基本的物质组成单元.这些研究成果最终被总结成为标准模型：轻子(象电子和中微子)、夸克以及将这些粒子捆绑在一起的电磁力、弱相互作用力.但是,标准模型并不是故事的结局,因为它实在是太复杂了,它本身并不能解释一个比元素周期表还要复杂的基本粒子表以及它们之间的相互用力.弦理论或者超弦理论是那些像量子和夸克等等已经融入大众词典的诸多新科学专用词汇之一,但它们却很少能被人解释清楚.即使会议的参加者也会告诉你,超弦理论像许多新兴科学和研究领域一样,涉及了许多高深前沿的数学领域,并不是很容易能把握的.超弦理论到底是什么呢?首先,我们发现,弦理论描述自然界的活动还真有几分科学幻想的成分.举例来说,弦理论描述的世界并不是我们肉眼所看到的三维空间和一维时间.合理的解释是那些额外的空间维数没有被观测到是因为它们很小很小.要理解弦理论的高维属性并不困难.(参见《宇宙的琴弦》P.180～181) 在弦理论中就有许多极小的额外空间维数,因此,微观世界并不像我们普遍感觉到的世界那么简单.在宏观尺度上,弦理论也可能用来解释宇宙大爆炸的开始和黑洞内部的行为,而这些问题是以前的物理理论包括爱因斯坦的广义相对论都失效的地方.现在发展的弦理论是有关时间和空间的量子理论,因而此理论看起来也就显得非常非常的奇怪.弦理论的一个基本观点就是自然界的基本单元不是像电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子,这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子.因此弦理论从一些非常基本和简单的单元就能得到宇宙的无穷变化和复杂性.在弦理论中,人们自然地可以得到规范对称性、超对称性和引力,而这些原理在原有的标准模型中或者是强加进去的或者是与量子理论相冲突的,在弦理论中它们都协和地统一起来了,并且是彼此需要、独一无二的.到现在为止还没有人观测到基本的弦.但正如多数参加“2006年国际弦理论会议”的人所相信的那样,如果弦是真实的,那么由爱因斯坦开创的广义相对论和量子理论的完美结合就不是遥遥无期的奢望了.弦理论的近期发展：第二次革命 如果说超弦理论的第一次革命统一了量子力学和广义相对论,那么近年来发生的弦理论的第二次革命则统一了五种不同的弦理论和十一维超引力,预言了一个更大的M理论的存在,揭示了相互作用和时空的一些本质,并暗示了时间和空间并不是最基本的,而是从一些更基本的量导出或演化形成的.M理论如果成功,那将会是一场人类对时空概念、时空维数等认识的革命,其深刻程度不亚于上个世纪的两场物理学革命.从科学研究本身看,研究引力的量子化及其与其他互相作用力的统一是自爱因斯坦以来国际著名物理学家的梦想,但由于该理论涉及的能量极高,不能进行直接实验验证.尽管如此,一些技术和方法的发展,启发了很多新的物理思想,如解决能量等级问题的Randall-Sundrum模型和引力局域化,关于弦理论巨量可能真空的图景想法和人择原理等等.近期天文和宇宙学观察所取得的进展对弦理论的发展会起积极的促进作用.比如,近期观察的宇宙加速膨胀所暗示的一个很小的但大于零的宇宙学常数(或暗能量),为弦理论目前的发展提供了指导作用.反过来说,要在更深层次上理解近期的天体物理学观察和暗能量,没有一个基本的量子引力理论是行不通的,弦理论是目前仅有的量子引力理论的理想候选者.二者的结合不仅对弦理论的自身发展有着指导作用,同时对理解和解释宇宙学观察也有很大的促进作用