以“论实证精神”探寻最小的弦粒子(上)

从宇宙极早期的暴涨中寻找比基本粒子更小的弦，普林斯顿大学高级研究所的理论物理学家设想了“超凡脱俗”的检验弦理论的方法，两位理论研究人员制定了技的性方案，目标锁定在大约140亿年前出现的亚粒子，极早期的极微小宇宙敲响了急剧暴涨的“大钟”，极微小宇宙在暴涨中释放的能量相当于在大型强子对撞机中粒子碰撞能量的150亿倍。科学家不能在大型对撞机或LHC的实验容器内容纳宇宙暴涨的能量，无法在实验室的环境实现接近宇宙暴涨能级的条件，但他们不会束手无策，通过宇宙学的理论研究，应用正确、不断改进的观测技术，可能观测到“暴涨粒子”的存在。

宇宙暴涨可能产生了未知的粒子，创世纪的宇宙大喷发出现在宇宙大爆炸后10的负33次方秒，从宇宙大喷发诞生的粒子在天文量级的能量流中发生了相互碰撞，科学家可能在微小涨落宇宙图谱中找到“洪荒年代”遗留的痕迹，从宇宙大喷发遗存的能量雾霭被科学家称之为宇宙微波背景辐射，在背景辐射图谱中可能找到任何在宇宙“史前时代”粒子活动的痕迹。

新泽西州普林斯顿大学高级研究所的理论物理学家胡安·马尔达赛纳解释说，新的粒子可能出现在宇宙的暴涨期，它们在宇宙的原初涨落中印刻了某种信号，研究人员通过特别的信号样式发现它们。马尔达赛纳和理论物理学家尼玛·阿尔卡尼—哈米德开展了合作研究，他们使用了量子场论计算方法，绘制了信号样式的图案。两位理论学家在年度弦理论大会上呈现了计算成果，本年度弦理论大会在印度城市班加罗尔举办。

什么是可能和不可能的弦？弦理论定义了物质的最小单位，物质的最基本单元比基本粒子更小，它是一维性振动的能量弦。弦理论的诞生弥合了基本理论的一大缺陷，在量子力学和爱因斯坦的广义相对论之间搭建了一座融合彼此数学冲突的桥梁。仅有量子力学主导的引力理论做不到完善的程度，任何一种理论的调整仅为了适应另一种理论的样式，这些“削足适履”的做法可能导致整个理论完美系统的崩塌，两种目前最成功的物理学理论出现了互不相容的困局。弦理论不是简单地“撮合”两种理论方法，它实际上创建了特别的数学工具，量子力学和广义相对论通过弦理论的数学框架实现了整合。迄今为止，弦理论带来了令人叹为观止的精细方法，它的目标是实现自然四种基本力的大统一。

引入数学系统的弦理论包括了很多的预测，但所有不同的理论预测都没有得到物理实验和天文观测的检验。弦理论家认为“弦”是组成宇宙物质的最小单元，在大型粒子物理学的实验中，通过计算机模拟“弦粒子”的效应似乎是一项难以完成的使命，弦理论家预测了“弦粒子”的存在，但计算不出它们的质量，不仅如此，弦理论遭遇的困境正在不断加深，弦理论在不同的力数、不同的粒子和维度中描述了各式各样的宇宙。在高能级的粒子物理实验中，对理论预测的检验取决于未知或很难理解的细节因素，还没有任何的实验确切地证实了某种弦的理论，而弦理论有多种可替代性的理论版本。

（评述：可以把弦理论家探求的粒子称之为“弦粒子”，它们可能是比目前已知的基本粒子更小的物质粒子，但弦粒子比夸克、电子和光子更小，这是理论假设的粒子，还没有揭示它们存在的实验证据，现在的实验技术达不到发现它们的条件。天体物理学家寻找极端的天体物理条件，更小的基本粒子可能存在于极端的物理条件。发现比基本粒子更小的物质粒子是可能的，已知的基本粒子不会是最小的物质粒子，基本粒子的“基本性”受到了挑战。

公元前五世纪的古希腊数学家与哲学家毕达哥拉斯提出了“万物皆数”、“一切数均可表成整数或整数之比”的命题，毕达哥拉斯学派认为，数学是真实、不可改变的存在，无处不在的数学比脆弱的人类大脑能够想到的一切事物都更加值得崇拜。把宇宙嵌入数学之中，上帝不是一位数学家，数学才是上帝，数是万物的本原，事物的性质由某种数量关系决定，万物按照一定的数量比例形成了和谐秩序等，此外，毕达哥拉斯学派还提出了“美是和谐”的观点，音乐的和谐由高低、长短、轻重不同的音调按照一定的数量比例结合而成，毕达哥拉斯说，“音乐是对立因素的和谐统一，它把杂多导向统一，把不协调导向协调。”

弦理论似乎恢复了古希腊哲学毕达哥拉斯学派的信条，以严谨的数学逻辑推导了多维度时空，他们认为振动的弦为最小的物质单位，物质和能量世界奠基在能量弦的基础上。毕达哥拉斯学派使用了朴素、简单的数学，而弦理论家使用了抽象、复杂的数学。弦理论和毕达哥拉斯学派在哲学理念上是一致的，以数学工具构造基本粒子和宇宙体系，数量关系是物质存在的内在本质。万事万物似乎包含了跳动的音符，宇宙演变从“优美的琴弦取得动力”，数学之美决定音乐之美，音乐之美决定宇宙之美。宇宙之美和生命之美，一切美的事物似乎包含了数学的“密码”。）

（编译：2016-7-4）

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