弦理論的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段“能量弦線”，大至星際銀河，小至電子、質子、夸克一類的基本粒子都是由這占有二維時空的“能量線”所組成。

作為宇宙萬物基本組成單元“潛力股”候選人，我的粉絲群里有好多好多大人物——諾貝爾物理學獎得主、菲爾茲和基礎物理學獎得主。科學家希望我的出現可以把這些粒子和力納入同一個理論框架，也就是找到一個讓宇宙萬物都有章可循的理論。

Hi！我的名字叫弦，人家可不是琴弦的弦，是作為宇宙萬物基本組成單元“潛力股”候選人的弦。

什么？！你可能認為我瘋了。在你的常識里，世界明明是由那些原子、質子、中子、電子、夸克這幫叫做粒子的家伙組成的呀。

但我真的不是自賣自夸。就在上周，好多科學家從世界各地趕來，在清華大學開了個高大上的會議，叫2016國際弦理論大會，就是專門討論我呢。這些科學家里有好多好多大人物，比如諾貝爾物理學獎得主啦，菲爾茲和基礎物理學獎得主啦……

你肯定半信半疑，心里想著我這么玄乎，粉絲里竟然會有這么多大科學家？不過我要告訴你，其實我一點都不玄，不信你就聽我把話講完？

　　

 

我其實是為“勸架”而生的

如果它們兩個走在一起，在時空的每一個點上，既可以有黑洞，也可以沒有黑洞，而且如果有黑洞的話，黑洞的質量可以任意大。

要說清楚我的身世，還得從20世紀誕生的現代科學的兩位老大哥說起。你肯定聽過它們的名字，一個是廣義相對論，一個是量子力學。

廣義相對論由愛因斯坦親手培養，它一鳴驚人地提出，萬有引力的本質是時空的彎曲。量子力學專門關注微觀世界里那些粒子的運動規律。它的重大發現之一就是，所有的粒子還有一個身份，那就是波。

這兩位老大哥在科學界都大名鼎鼎，備受科學家推崇。但令人心痛的是，它們走到一起時，卻常常會鬧矛盾。

就拿一件小事來說吧。量子力學常把測不準原理掛在嘴邊。在它看來，對粒子的位置測量得越準，對其動量就越測不準。對粒子的時間測量得越準，對其能量就越測不準。廣義相對論卻不這么想。它認為，時間和空間之間，能量和動量之間，都是不分你我、可以互換的。你可以把時空定位到非常非常精確的某個點上。

它們的分歧看起來雞毛蒜皮，實際上后果非常非常嚴重。你把它們說的放到一起想一想:如果時間和空間都無比精確地定格在某個點上，意味著能量和動量的不確定性就無窮大。可是如果一個點的能量密度達到無窮大，就會出現黑洞……

也就是說，如果它們兩個走在一起，在時空的每一個點上，既可以有黑洞，也可以沒有黑洞，而且如果有黑洞的話，黑洞的質量可以任意大。是不是細思極恐？

為了讓這兩位舉足輕重的大人物握手言和，不出現到處都是黑洞的情況，科學家們操碎了心，后來我就應運而生了。對，我就是來勸架的。

 

我的愿望是萬物有章可循

就像你彈動琴弦，它會發出不同的聲音一樣。在我的世界里，粒子只不過是我的振動造成的，我振動的頻率不同就會帶來不同的基本粒子。

其實想來勸架的人很多，我最初引起科學家們的注意還真是有點偶然。

上世紀60年代，兩個理論物理學家在分析強相互作用現象時，發現他們列出的數學公式里需要一些特殊函數才能滿足這個現象的某些特殊性質。后來，又有其他科學家倒推這個公式，發現這個公式背后藏著我這樣的一維的弦。

是的，通常大家所知道的粒子是零維的，而我是一維的，因為我擁有長度。你可以把我想象成一根橡皮筋，我可以像完好的橡皮筋一樣，是個圓圈，這時大家叫我閉弦；也可以像斷開的橡皮筋一樣，這時大家叫我開弦。

想知道我是怎么勸架的嗎？簡單來說，自然界有各種各樣的粒子，還有電磁力、引力、強相互作用力和弱相互作用力等各種不同的力。科學家希望我的出現可以把這些粒子和力納入同一個理論框架里，也就是找到一個讓宇宙萬物都有章可循的理論，姑且稱之為萬物理論吧。這樣兩位老大哥就打不起來了，對吧？

要想理解我的世界，你可得先開開腦洞。在我的世界里，粒子只不過是我的振動造成的，我振動的頻率不同就會帶來不同的基本粒子。就像你彈動琴弦，它會發出不同的聲音一樣。至于自然界存在的不同的力，你可以想象一下，完整的橡皮筋可以一分為二，變成兩根斷開的橡皮筋；斷開的橡皮筋又可以二合為一，變成完整的橡皮筋。這些橡皮筋之間不斷的相互作用就帶來了不同的力。

三十多年前，又有科學家通過數學進行推導，發現這個世界里并非只有我，還有一種類似于膜的東西，當然它的尺度和我一樣也非常小。可想而知，橡皮筋與膜之間也可以互相發生作用，互相轉換，而且帶來不同的力。

下面恐怕要說最讓你費腦筋的了。你肯定認為世界是三維的，再加上時間這個維度就是四維。但是我的世界是十維的。其他六個維度去哪里了？舉個例子，一個人在兩座高樓之間走鋼絲，人看到的鋼絲是一維的，因為人只看到了鋼絲的長度；而對于鋼絲上的螞蟻來說，鋼絲卻是二維的，因為螞蟻看到的是一個平面。世界的十個維度或許也是以類似的方式被你當成四維了，只是你沒有察覺到而已。

 

我在乖乖等待科學家的驗證

至于科學家親眼驗證到我是否存在，或許還要等很多年。但我知道，科學家肯定會想方設法把人們認為最小的單元“砸”開，“砸”出更基本的單元，改變人類對世界的認知。

聽我啰嗦了這么多，不知你現在是嘴巴張得更大了，還是開始覺得我有點靠譜？

實話說，我的世界雖然聽起來比你平時感受到的世界奇怪很多，但這都是理論物理學家經過反復推導驗算出來的，所以我剛才說的那些至少在數學的角度上是成立的。而且科學家在描述我的存在的時候，盡量沿用物理學中已經被證實的概念和理論，所以我可不是推翻所有理論然后自己信口雌黃。在成為萬物理論的道路上，我從來不拒絕站在巨人的肩膀上。

但要是你問我，怎么證明我說的是真的，我就無言以對了。因為我的世界所涉及的尺度是實在是太小了，大約是科學家目前所能觀測到的尺度的10的15次方分之一，他們可能沒有辦法用現有的科技手段直接證明我的存在。不過有一種東西倒是有可能間接佐證我的存在，那就是大型粒子對撞機。

說來話長，在關于我的理論中有一個非常重要的分支叫做超弦理論。并不是說我在這個理論里升級成了超級版，而是理論物理學家通過數學推導發現，我的世界里同樣存在超對稱現象。說白了，我的振動帶來的每一種基本粒子都有一種被稱為超對稱伙伴的粒子與之匹配。

4年前，科學家利用坐落于歐洲日內瓦的大型強子對撞機發現了希格斯·玻色子。現在，他們在尋找這種粒子是否還擁有兄弟姐妹，以及是不是擁有超對稱伙伴。如果科學家利用大型強子對撞機，找到了包括希格斯·玻色子在內的基本粒子的超對稱伙伴，那對我的粉絲科學家們當然是莫大的鼓舞。

至于科學家親眼驗證到我是否存在，或許還要等很多年。但我才不會氣餒，因為我知道，科學家這群淘氣的孩子肯定會想方設法把人們認為最小的單元“砸”開，“砸”出更基本的單元，改變人類對世界的認知。這個過程，從來就不是一蹴而就的，是一步一步攀登科學高峰，然后看到越來越神奇的宇宙風景。說不定哪一天，他們爬得足夠高時，就會找出足夠的證據告訴你，我上面說的那些話，哪些是真，哪些是假。

嗯，心急吃不了熱豆腐。從預測引力波的存在，到人類直接探測到引力波，廣義相對論大哥都等了100年呢。我也會乖乖等待科學家們的驗證。

（本文內容主要依據對中國科學技術大學數學科學學院殷崢教授的采訪）

 

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我叫弦，但我一點都不玄

圖文簡介

弦理論的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段“能量弦線”，大至星際銀河，小至電子、質子、夸克一類的基本粒子都是由這占有二維時空的“能量線”所組成。