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“终极理论”与“维”

已有 3857 次阅读 2011-2-10 03:13 |个人分类:科学八卦|系统分类:科普集锦| 时间, 物理学, 空间, 终极理论, 维数

 
爱因斯坦把我们所在的宇宙看成是“四维时空”,不过他仍然认为空间只有三维。
可是,我们并没有什么理由可以认为宇宙就不会是由四维空间构成的。
 
的确,如今已经有了一种突破爱因斯坦这种宇宙观的假说,而且受到了物理学家们的关注。
这种假说提出,“宇宙还存在着一个‘第五维’”。
 
所谓第五维,指的是应该添加在四维时空上的那“另一个空间维”(不是那个时间维)。
这个宇宙并不是爱因斯坦所说的四维时空,而是由四维空间加上时间合起来的“五维时空”。
现在有不少物理学家都认为,也许必须假定这个宇宙存在着第五维甚至更多的空间维,
我们才有可能完成自然界摆在我们面前的那个大课题。
 
这个大课题就是“力的统一”。
牛顿指出,使苹果向地面掉落的那种力与作用在地球和太阳之间的那种力属于同一种力(引力=重力)。
后来又有一位也是英国物理学家的詹姆斯·麦克斯韦(1831-1879),
把静电的那种力和磁铁的那种力也统一为一种“电磁力”。
现代物理学家竭力想要说明的,则是最基本的四种力,即“引力”、“电磁力”、
“强力”(强相互作用)和“弱力”(弱相互作用),全都应该是同一种力。
实现力的统一是现代物理学家的一个终极梦想。
 
那么,为什么假定还存在这第五维就有可能实现力的统一呢?
回答这个问题的钥匙就是前面所介绍的“立体与投影”之间的那种关系。
我们知道,有一种形状的立体,一个立体可以投射出圆、正方形和三角形三种投影。
同样道理,四种基本力很可能就是某一种“源力”的四种“投影”。
 
柏拉图告诫人们,“要把视线从洞壁转向洞外”,物理学家们就是这样做的,
他们把目光指向更高维的时空,希望能够发现那惟一的“源力”。
 
物理学的完成必须要有“第五维”
 
 
能够把“四种力”统一起来吗?
 
现在已知的四种基本力,即【引力】、【强力】、【弱力】和【电磁力】。
基本粒子物理学认为,这每一种力都是由粒子传递的。多数物理学家都坚信,
这四种力在宇宙诞生之时其实是一种力,是在宇宙的演化过程中才逐渐发生了分化。
所谓“力的统一”,就是希望在理论上把这四种力统一为一种力来加以说明。
在上世纪60年代提出的“电弱统一理论”已经实现了【电磁力】和【弱力】的统一,
相隔不到10年所提出的“大统一理论”(GUT)再把【强力】也统一进来,
但是如今还没有一种把【引力】也统一进来的“终极理论”。
 
 
小结
 
1. 引力
具有质量的物质相互吸引的一种力,又称为“万有引力”。
在广义相对论中,认为这种力是由四维时空弯曲所产生的。
传递引力的基本粒子是“引力子”,迄今尚未发现。
 
2. 强力
原子核内的质子带有正电荷。
因此,质子相互之间会受到电磁力的排斥作用。
不克服这种斥力就不会有保持不散的稳定的原子核,
因而一定还存在着比电磁力更强的另一种吸引力
这就是“强力”。传递强力的基本粒子是“胶子”。
 
3. 弱力
将中子“转变成”质子的一种力。
放射性元素原子核内的中子会自发地释放出电子和中微子而转变为质子(β衰变)。
导致发生β衰变的力就是弱力
传递弱力的基本粒子是“弱波色子”。
 
4. 电磁力
把静电力和磁力两者统一起来的力叫“电磁力”。
传递电磁力的基本粒子是“光子”,对应的波就是“电磁波”。
光(可见光)和x射线等都属于电磁波。
 
 
扩展阅读:
 
  爱因斯坦与关于维的科学  <==   ==>   数学与“维”
 
 
 


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