物理前沿弦理论：世界是一枚虚幻跳动的音符？.doc

物理前沿弦理论：世界是一枚虚幻跳动的音符？什么是弦理论呢？亲，不要着急，先来看看组成我们世界的物质是什么？物质是这个世纪的科学感到最困难、最难解决和最难理解的概念。跟我学物理网贾兰华老师说：以牛顿力学为基础的经典物理学来看物质，继承了古代原子论的观点，把物质归结为具有某些绝对不变属性的质点的集合。如我们中学物理课本上把质量定义为“物质多少”的量度，就是因为在任何机械运动过程中，乃至在化学反应中，质量始终如一。质量被理所当然地看成是物质本身所绝对固有的，被看成物质不灭或实体不变原理的具体表现，以牛顿力学为代表的经典物理学在十九世纪末所取得的巨大成功。然而，二十世纪爱因斯坦发明的相对论开始揭示出了物质的实体观的谬误。首先，相对论证明质量与速度有关，同一个物体，相对于不同的参考系，其质量就有不同的值，当物体速度接近光速时，物体的质量接近无穷大。爱因斯坦还证明质量与能量存在着联系，提出了著名的质能方程：能量等于质量乘以光速的平方。不久后，科学家们发现了核裂变和链式反应，把部分质量变成巨大能量释放出来。现在知道原子弹的人，都相信质量可以转化成能量。那么物质到底是什么呢？科学家对物质结构的认识也迅速深入发展。在本世纪30年代以前，经典物理学一直认为：物质是由分子构成的，分子是由原子构成的。原子是组成物质的最小“砖块”。1932年，科学家经过研究证实：原子是由电子、中子和质子组成的。1964年，美国物理学家马雷。盖尔曼大胆地提出新理论：质子和中子并非是最基本的颗粒，它们是由一种更微小的东西夸克构成的。为了寻找夸克，全世界优秀的物理学家奋斗了20年，虽然一些实验现象证实了夸克的存在，然而单个的夸克至今未找到，人们始终不识庐山真面目。对此，粒子学家们的解释是：夸克是极不稳定的、寿命极短的粒子，它只能在束缚态内稳定存在，而不能单个存在。不仅如此，迄今人们所知道的300多种基本粒子中，除少数寿命特别长的稳定粒子（如光子、中微子、电子和质子）外，其它都是瞬息即逝的，也就是说，它们往往在诞生的瞬间就已夭折。为什么绝大多数基本粒子都如此短命？如何理解我们的物质世界就是建立在这些瞬息即逝的“砖块”上？为了解释物质的构成，在二十世纪的后期，物理学的一个前沿领域-弦论的发展又使我们对物质的看法更进了一步。什么是“弦论”呢？弦理论把宇宙看作是由“弦”组成的大海，而我们看到基本粒子，如电子、光子、中微子和夸克等等，都是宇宙弦的不同振动模式或振动激发态。正如小提琴弦的一个频率对应于一个音阶，而宇宙弦的不同频率的振动对应于不同的质量和能量，即不同的粒子。弦理论能很好说明质量不再是不变的属性，物质与能量为什么可以相互转化，因为在弦理论中，物质也就是能量，不再被看作是实体。如果把宇宙看做弦，而我们的世界就是弦奏出的交响乐。