书城童书学生最想知道的未解之谜:迷雾笼罩的科学
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第53章 电子是振动弦吗

自从电子被发现之后,绝大多数物理学家都认为它是一个“点”,是粒子。电子是基本粒子之一。20世纪90年代后期,有人创造一种新理论,提出电子不是点粒子,而是一根振动的小弦。物理学家们为此陷入了争论之中。

赞成电子是振动弦的物理学家认为,在微观世界,不仅电子是一根振动的小弦,而且质子、夸克等微小粒子也都是由弦构成的,2个和3个夸克之间互相起作用,就好像是用橡皮筋连接在一起,运动起来就像一根扭曲的弦。这些说法来自“超弦”理论。根据这一理论,电子、质子和夸克等等粒子都是由弦构成的。

“超弦”理论提出之后,使一些物理学家产生了浓厚兴趣。因为用这个理论可以解释用基本粒子理论无法解释的物理现象。长期以来,有一个物理问题最让物理学家头疼,这就是把电子看成点粒子,计算它的电场和引力场,就会计算出电场和引力场都存在着无穷大的能量。显然,这与实际不符,也是不可能的。如果用量子力学进行计算,又出现电子图像模糊。

为什么会产生这样的情况呢?有的物理学家认为,电子不是一个点粒子,而是一根振动弦。如果是这样,电场和引力场有无穷大的能量问题就成为不可能。而且,用此理论可以处理所有基本粒子的相互作用和无穷大问题。这样看来,超弦理论实现了物理理论的大统一,它是一种包罗万象的理论。所以,一经提出,就使整个物理学界为之振奋。有人认为,这是物理学的一次革命,有着深刻的意义和理论价值。

但是,超弦理论也有说不通的地方。人们生活的经验告诉我们,我们是生活在四维时空。小到微观世界,大到宇宙空间,都是三维的。如果把时间也算作一维,就成了四维时空。有了四维时空,我们就可以知道客观世界是怎么回事了。从古至今,人类就在四维时空中生活。

如果按照超弦理论,就应该有一个十维时空的背景,我们怎么也想象不出那多出来的六维时空是怎么回事。不论是谁,哪怕是物理学家自己,也只能感受到四维时空,即4个自由度,那6个自由度怎么也感受不到。物理学家说,那6个自由度都卷缩起来了。人的眼睛是看不到的,生活也感受不到。

既然电子是一根振动的小弦,这个弦又有多大呢?科学家计算这根弦没有任何内部结构,弦的大小是10-22厘米。弦的大小大约是原子核的十万亿亿分之一。用一个形象比喻说明其大小,相当于太阳系与一个原子相比。

这么小的弦,能测得出来吗?现在不可能,未来或许可能。科学家说只要能造出比现有加速器快10倍的加速器,就能观察到“弦”。不过,目前对此还无能为力。