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万物理论是一种解释一切事物的理论,解释宇宙中的每一种力,每一个粒子,每一点物质和能量。万物理论的关键在于它必须将如此多不同的理论调和成一个。
具体来讲,我们清楚地了解物质是如何作用以及由什么构成,这就是粒子物理学标准模型。我们也有万有引力理论,它将宇宙解释成几何结构,其弯曲以创造引力效应。这两种理论很大程度上是不相容的。
如果阿尔伯特·爱因斯坦没有参与进来,如果他只担心布朗运动和光电效应这样的问题,我们可能会得到一个完全不同的引力理论,也许这个理论会更符合其他粒子理论。我们永远无法得知。
现在的问题是,万物理论只有一个有力竞争者:弦理论。
弦理论也不是一个理论。它是一些相关理论的集合,其中任何一个都可能是真的,也有可能都不是真的。本文并非关于弦理论,而是关于缺乏研究万物理论的不同范式方法。
虽然有非常多的量子引力理论试图调和爱因斯坦的理论和标准模型,但很少有像弦理论那样野心勃勃,它试图将所有形式的粒子整合为一个:弦,它通过在多维空间中的振动产生不同的粒子。难怪有成千上万的论文都是关于弦理论的。
艾萨克·牛顿想要一个关于万物的理论,他花了几十年试图了解物质是由什么构成的。不幸的是,他生活的时代甚至没有化学,他把时间浪费在炼金术上,这种神秘的艺术,与科学的联系就和占星术一样小。
幸运的是,我们比那时更聪明了。等等,我们真的更聪明了吗?
也许像弦理论这样的努力不过是一种现代的炼金术,以科学的语言和实践为载体,但最终,更多的是关于我们自己,以及我们对世界的叙述,就像对现实一样。
更顽固的人可能会说,我们不需要一个万物理论。也许根本就没有这样的东西。科学往往是混乱而丑陋的。看看牛顿力学的三体问题——另一个让牛顿浪费了很多时间的问题。它在任何封闭的形式下都是无法解决的,并且允许混沌解。这怎么可能?这多么丑陋啊。
但是在科学中,美与丑不如真理重要。三体问题就是一个很好的例子,它显示了我们的狂妄自大,我们寻找秩序并以之为美,但就是这么浩瀚复杂的宇宙也承认混沌,而混沌也有它自己的美。
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虽然弦理论在数学上有很多优势,这使它比其他观点更有说服力,但我怀疑它是否延续了20世纪的物理过程的观点,而这种观点需要被推翻。
假设有一个物体,一根弦,它在空间中运动,例如,卡拉比-尤(Calabi-Yau)微时空。它原封不动地接受量子场论,作为理论的统计背景。因此,它延续了20世纪现代物理学的观点:量子场,代表粒子,在时空表层中运动。它用弦和多维空间大大修改了这个观点,但它几乎没有改变范式。也许这才是它最大的缺点,而不是缺乏预测或其复杂性。
19世纪的物理学也有自己的缺陷,其中很多已经被遗忘了。它主要关注牛顿式的体,而不是场。它未能理解广义协方差的威力,并将坐标系与现实等同起来。它依托的是时间和空间的绝对性。我们做得更好了吗?
弦的存在是一种绝对的实在,无论它有多动态。21世纪有可能消除绝对主义吗?它有可能承认一个可以在每种可能的方式里动态塑造的实在吗?
我不知道这个理论是什么样子的,但我知道它将是完全普遍的。它不会假设世界上存在一种事物来创造现实;相反,它只会假定一个世界存在,从而使它自己真实。
它将没有绝对:没有弦,没有量子场论,也许只有无限延展的形状,而在那形状之下,也许什么都没有。因为要想提出一种一切事物的理论,就不能从一个事物开始,否则就会得出无限递归。
如果不是一件实体,那是什么构成了一切事物的基础呢?
当思考什么不是一个实体,却对物理规律很重要时,我想到了能量。能量可以像物体一样变成质量,当它变成质量的时候。或者说它可以表现为光的频率、运动、热量或某物发生的潜能。从根本上说,能量只是动量等许多类似量中的一种,但它不是一种事物。
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并不是说“所有的东西都是能量”,而是说所有的东西都类似于运动,就像能量一样,但是没有任何东西是被移动的,因为运动是所有东西的基础。
这可能就像大卫·博姆提出的代数这样的前几何学,或者是其他表示几何学基础的东西。
唯一清楚的是,无论弦理论是否成功,在一个不依托弦或任何存在的理论出现之前,我们将没有万物理论。
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编译组:周婷、岳馨妍
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