相对论及量子力学历史概述

(引自《量子帝国》)

当理论物理学家真正试图让量子帝国和相对论进行联姻的时候,极大的困难又出现了——经过计算,我们又得到了一个无穷大的积分。无穷大在这片严谨的土地上是不允许出现的,无穷大这个词就像是是满是獠牙的恶魔,是在这片骄傲的领域不容许出现的黑色斑点。
尝试的失败并不代表我们就将从此止步不前。好事多磨。一旦这场两大帝国间的联姻达成,那么我们所向往的那片充满阳光充满梦想的沃土,也离我们不远了。
而引力这个害羞的少女,始终不肯流入大流,好像只有给人们留下淡淡的背影才能够彰显她的特殊。而走向将所有性质的力的统一的统一场论道路上却有着一条巨大的鸿沟,这条鸿沟使得无数人望而却步,首当其冲的就是找到一条将广义相对论,爱因斯坦的引力论,以及麦克斯韦(Maxwell)的方程结合成为一个大一统的帝国的方法。根据广义相对论,引力是我们周身的时间和空间的物质结构本身扭曲的结果,而麦克斯韦的方程则把电磁力看做是一种穿越四维领域流动的所谓“力场”。
面对这两种截然不同的理论,在爱因斯坦发表广义相对论后的第四年,他发现了一条似乎可行的途径,有一位德国的数学家卡卢引进了第五个维度作为一种将不同性质的力统一的途径。这种想法在当时引起了很多人的震惊。长宽高再加上时间的四维时空观在很多人脑海里尚能够理解,但是这个额外的第五维在宇宙中又扮演着什么角色?这个额外的第五维又身在何处?对于这个问题,在1926年的时候瑞典数学家克莱恩提出了一个答案——这个答案也是如今M理论的额外维度为何我们感知不到的问题的答案——这额外的维度蜷曲在了微观世界中,因此对于处在宏观的人类而言就感知不到了。(当然这个答案也存在着很多它本身无法解答的东西,比如这些蜷缩的维度的拓扑性质又是如何?)但引进了第五个维度之后,还是存在很多地方的瑕疵,零星的错误也在这个过程中不断地显现。此后老爱也用过很多别的办法,但都是无果而终。
爱因斯坦耗尽后半生都没有促成这场联合,最终饮憾过世。有人甚至说,如果爱因斯坦不把后半辈子花在这当牵线月老之上,而是放在其他领域,那么爱因斯坦的价值,就不会只在他的前半生了。那些人可能是出于惋惜,可能是出于感慨,也可能是出于讽刺,甚至是出于幸灾乐祸。我不知道。我唯一知道的事,对于一个为了理论物理这项关乎全人类未来的事业奉献一生的人,我们必须抱着百万分的尊重。
而现如今这个牵线者做得还算成功的,恐怕就是超弦了(super string theory)以及其变种,也是现在被更多理论物理学家接受的M理论(M theory)。“M”代表“母亲”、“神秘的”,但是如果把M理解成膜,那么它与超弦的关系就最为明了直观了——超弦的5种理论成为了11维的膜的“边缘”。(这两种理论我会在后面进行详细的尽量语义简单的进行描述。)
M理论给我们漫无目的的航线指明了一个目标。尽管M理论作为指引航线的灯塔而言所能散发出的光亮在冰冷的大海中显得有些苍白,但是至少我们面对前方时,不会再因未知而感到不安和恐惧。