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上帝掷骰子吗--量子物理史话 作者:castor_v_pollux-第章

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态不同罢了。 

  这样一来,5种超弦就都被包容在一个统一的图像中,物理学家们终于可以松一口气

。这个统一的理论被称为“M理论”。就像没人知道为啥007电影中的那个博士发明家叫做

“Q”(扮演他的老演员于1999年车祸去世了,在此纪念一下),也没人知道这个“M”确切

代表什么意思,或许发明者的本意是指“母亲”(Mother),说明它是5种超弦的母理论,

但也有人认为是“神秘”(Mystery),或者“矩阵”(Matrix),或者“膜”(Membrane)。

有些中国人喜欢称其为“摸论”,意指“盲人摸象”! 

  在M理论中,时空变成了11维,由此可以衍生出所有5种10维的超弦论来。事实上,由

于多了一维,我们另有一个超引力的变种,因此一共是6个衍生品!这时候我们再考察时

空的基本结构,会发现它并非只能是1维的弦,而同样可能是0维的点,2维的膜,或者3维

的泡泡,或者4维的……我想不出4维的名头。实际上,这个基本结构可能是任意维数的—

—从0维一直到9维都有可能!M理论的古怪,比起超弦还要有过之而无不及。 

  不管超弦还是M理论,它们都刚刚起步,还有更长的路要走。虽然异常复杂,但是超

弦/M理论仍然取得了一定的成功,甚至它得以解释黑洞熵的问题——1996年,施特罗明格

(Strominger)和瓦法(Vafa)的论文为此开辟了道路。在那之前不久的一次讲演中,霍金还

挖苦说:“弦理论迄今为止的表现相当悲惨:它甚至不能描述太阳结构,更不用说黑洞了

。”不过他最终还是改变了看法而加入弦论的潮流中来。M理论是“第二次超弦革命”的

一部分,如今这次革命的硝烟也已经散尽,超弦又进入一个蛰伏期。PBS后来在格林的书

的基础上做了有关超弦的电视节目,在公众中引起了相当的热潮。或许不久就会有第三次

第四次超弦革命,从而最终完成物理学的统一,我们谁也无法预见。 

  值得注意的是,自弦论以来,我们开始注意到,似乎量子论的结构才是更为基本的。

以往人们喜欢先用经典手段确定理论的大框架,然后在细节上做量子论的修正,这可以称

为“自大而小”的方法。但在弦论里,必须首先引进量子论,然后才导出大尺度上的时空

结构!人们开始认识到,也许“自小而大”才是根本的解释宇宙的方法。如今大多数弦论

家都认为,量子论在其中扮演了关键的角色,量子结构不用被改正。而广义相对论的路子

却很可能是错误的,虽然它的几何结构极为美妙,但只能委屈它退到推论的地位——而不

是基本的基础假设!许多人相信,只有更进一步地依赖量子的力量,超弦才会有一个比较

光明的未来。我们的量子虽然是那样的古怪,但神赋予它无与伦比的力量,将整个宇宙都

控制在它的光辉之下。 


后记  






castor_v_pollux  

连载:量子史话   出版社:   作者:castor_v_pollux  


  这个有关量子论的系列自去年开始动笔,其间因为各种原因(包括本人不可思议的懒

惰),写写停停,到最后完成时用了正好差不多一年时间。最需要感谢的是读者们异乎寻

常的热情和支持,不然我很可能半途而废。 

  我最初构想的规模只是一篇4,5万字的极简介绍,不料逐渐收不住笔,最后完成的时

候在我的WORD里已经超过200页,25万字,当时真是不敢想象。这不是专业的科普,事实

上  
,我更注重的是历史方面而不是科学方面,不过读者可以在其中获得一个基本的量子论的

科学概念。我努力使它成为极通俗的读物,事实上,我仅仅假定读者具有初中的数学水平

和一点点高中物理知识(如果你具有以上水平但仍看不懂某些内容,那一定是我写作的问

题^_^)。即使是对数理完全不通,我也希望你可以从中得到一点启示。但不可避免地,运

用日常化的语言会使一些描述显得牵强附会,不符合物理上的概念。所以再次强调,这不

是专业的科普,如果想获得对量子论更好更准确的认识,各位还是参考一些专业书籍。上

帝是数学家,唯一能够描述宇宙的语言是数学!我们的史话也非专业的科学史,它仅仅是

供各位茶余饭后消遣的读物而已,如果有人竟然凭借这个系列而证明了某些“伟大理论”

,那我可受宠若惊,担当不起。其实,我和各位一样是门外汉,只要各位能够和我共同分

享一些由量子论带来的激动和惊奇,我便已经心满意足。 

  这个系列是本人业余时间在网上完成的,一来水平问题,二来毕竟业余时间有限,所

以无疑存在为数众多的bugs。虽然我努力使描述符合历史与事实(一般来说,除了一些明

显的虚构情节外,本文中的历史场景都是有依据的),但有些地方确实没能查阅更多的资

料以进一步核实(比如我曾经想啃完那6本大块头的量子力学发展史,不过最终还是留下一

些没看完)。我已经发现了一些错误之处,在将来的修订中会改正过来,也希望各位指出

更多的地方。另外,由于写了很长时间,所以没有很好地规划,比如第4章只写了4节,而

有些重要的方面却忘了描写,或者没法插进现有的叙事结构中去。比如玻色…爱因斯坦统

计,斯特恩…格拉赫实验,量子加密术,等等。现在这个只是初稿,其中有些章节很罗嗦

,有些地方枯燥无味,有些比喻莫名其妙,还有一些名词翻译的问题,以及一些东拼西凑

的痕迹,修订的时候我会试图解决这些问题,并配上一些插图。 

  我有意使文字风格靠近同龄人的语境,也就是7,80年代的风格。这是一种取巧的办

法,因为这些是网上的主要人口,不过我很高兴它带有一些网络特色。为了追求可读性,

在不改变基本事实的前提下,我有的时候做了一点文字上的夸张(比如历史上的玻尔…爱因

斯坦之争很可能没有我所描写得那样戏剧化),我为此表示抱歉,也希望这不会损害读者

对我的信心。这篇文字主要还是在网上流行(因为有人辛苦转贴,所以它似乎流传很广),

有些读者很希望它可以出版,也许修订后有人真的愿意出版它,不过由于本人的效率低下

,这一天似乎还遥遥无期,呵呵。 

  关于本文任何的意见,比如知识错误,信息过时,文字风格,遗漏与补充,哲学观与

讨论,都可以发信到castor_v_pollux@yahoo,我很乐意听取各位的意见,也算是网

络文字的一种互动形式。 

  最后,把这篇文章送给那个女孩,以回赠她曾经送给我的那些可爱笑容。 

  CAPO 

  2004。5 

  主要参考资料: 

  I。 书(中文名的是中译本,没有出版社的是网上版): 

  The Historical Development of Quantum Theory I…VI; Jagdish Mehra&Helmut 

Rechenberg; Springer 1982… 

  最详尽和权威的量子力学发展史,共6大册,有大量的资料 

  An Introduction to Quantum Theory; Keith Hannabuss; Oxford 1997 

  不错的量子力学教科书 

  Quantum Theory; David Bohm; Constable 1951 

  玻姆经典的量力教科书 

  The Strange Story of the Quantum; Banesh Hoffmann; Dover 1959 

  霍夫曼的经典量子科普,虽然年代久远,但对我们的史话借鉴颇多 

  100 Years of Planck’s Quantum; Ian Duck&E。C。G。 Sundarshan; World 

Scientific 2000 

  量子百年回顾,收集了量子发展史上的经典论文 

  Beyond the Quantum; Michael Talbot; Bantam Books 1988 

  关于量子思想和发展史的评述 

  The Construction of Modern Science; R。S。 Westfall; Cambridge 1977 

  介绍早期近代科学的发展,可以找到光学和力学的发展史 

  Never at Rest; R。S。 Westfall; Cambridge 1980 

  牛顿的标准传记,着重参考他发展光学的历史 

  The Newton Handbook; Gerek Gjertsen; Routledge&Kegan Paul 1986 

  关于牛顿的细节琐事,可以找到有关他的名言的资料 

  
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