科普经典解读-10宇宙的琴弦(下)
上期节目我们介绍了宇宙的琴弦这本书的前半部分,主要讲的是弦理论的历史渊源,以及弦理论是如何描述微观世界的。那么今天我们就要从高维空间开始讲起,然后一直讲到宇宙的起源。
前方高能,不要说我们没有提醒过,大约我们每个科学爱好者都会听到过。弦理论需要一个十维时空的数学模型来描述。但是在我们日常生活的经验中,我们能够感受到的其实只有三个空间维度。那么在弦理论中,那么多的维度到底是从哪儿来的呢?这到底是怎么一回事儿?这个就说来话长了。平哥我想是不是你先来给大家讲讲这段历史。好了,这段还是我来讲。
1919年的时候,德国的数学家和物理学家卡鲁扎为了在一套公式里面能够同时容纳引力和电磁力,他就大开脑洞。他增加了一个新的空间维度,也就是五维时空。加了一个维度以后,就可以把引力和电磁力写进一套公式框架里边。他就写了一篇论文寄给了爱因斯坦。爱因斯坦开始觉得这个想法很不错,这两个力都能统一了。但是后来他又犹豫不决,他前后一直磨蹭了两年,他才告诉卡鲁扎,这个东西我觉得还是可以推荐给科学院的。
卡鲁扎的五维时空也有很大的一个问题,四个空间维度,一个时间维度,我们为什么只能感受到三个空间维度呢?那个空间维度去哪儿了呢?为什么我们感受不到这个问题,卡鲁扎就没有做出任何说明。
给卡鲁扎的这个想法打上补丁的是奥斯卡克莱因。他在1926年就指出,这第五个维度实际上是卷曲起来的,并没有展开。因此我们根本就感觉不到这个维度。打个比方,一根细管子我们看起来好像是一维的,实际上管子的表面是二维的。因为一个维度卷曲起来变成了一个圈,而且直径又非常小,所以通常这个维度就会被忽略,根本就感觉不到。为了以后的内容打基础,我们就要学会想象。一根管子就是一个展开维度加上一个闭合维度构成的,对于一根管子我们脑子还是可以想象的出来的,更高的维度就想不出来了,那想不出来就算了,千万别瞎想啊哈鲁扎的思想尽管非常美妙,但是计算出来的结果和实验结果是有很大矛盾的。因此很快就没有人关注这个理论了。
到1926年大家知道,正好是那帮物理学男孩大显身手的时候。比如说1925年属于海森堡,他在这一年是大发神威,1926年就属于薛定谔,1927年属于狄拉克……