物理好图郝柏林运动方式=维度

marketreflections · 2010-12-15 15:28:25Z

物理好图郝柏林运动方式=维度简介

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回答: 物理好图混沌与分形(郝柏林科普文集) 由 marketreflections 于 2010-12-13 04:50:24

弦理论2009-01-17 20:58“弦理论”真玄吗
“弦理论”真玄吗

探索自然界最基本的物质组分是人类孜孜以求的梦想，从麦克斯韦的电动力学到普朗克的量子力学，所有的物理理论都把物质世界的基本组分看作一些大大小小的“点粒子”，认为自然界的物质组成及其运动变化都可归结为这些“点粒子”的行为。
近年来，有人提出了一种别具一格的“弦理论”。弦理论的基本设想是：一切物质的基本组分不是点状粒子，而是一根根细小的弦，万物在最微观层次上是由振动的弦组合在一起，弦的共振模式就是粒子质量和力荷的微观起源，而粒子间的区别只是同一根基本弦上的不同振动模式，用“弦”取代“点”来构造世界。到20 世纪80年代中期，弦理论家们构造了开弦、闭弦等不同版本的弦理论以及把超引力理论并入弦理论中的“超弦理论”，进而又建立起多维空间想象的“M（膜）理论”。从事弦理论研究的人认为利用弦理论可以解决传统力学和量子力学之间的不融合性，重新构建一套可涵盖所有基本物理现象的统一理论。但是，这些理论真像他们形容的那么玄乎吗？
一、点与弦的关系
认识基本物质和自然力的性质，对微观世界作定量地分析和描述，构造直观性的模型，要正确理解点与弦之间的辨证关系，它们之间的区别只是物质结构在尺度上呈现的不同层次。点中有更小的组成结构，弦中也应有组成结构，点和弦只是微观物质在某一层次、某一空间的存在形式，无论点、弦（线）或是膜（面），都是物质结构在一个层次上的形态。点和弦是相对而言的，自然界没有绝对的点，也没有绝对的弦，点与弦本来就是点中有弦、弦中有点。在某一层次空间看到的点，在另一层次空间显现的则是弦（像细胞核中的DNA链），如何将它们彻底分离呢？自然界中的物质结构具有点、线、面形态是再平常不过了，推测宇宙中除了点之外，还存在弦（线）、膜（面）层次的物质结构的想法没有什么新奇。单从某一层次分析物质结构，无法说明物质基元的最终形态。
二、物质的运动形式
弦理论设定所有物质形态及变化都是弦振动的结果，如我们通过一根琴弦可以听到不同的音调一样。事实上一切物质形态都是依循着物质本身固有规律运动变化的，围绕一个中心作圆形轨迹运动是宇宙中规律性的物质运动形式，而弦理论中的物质基本结构却超出这一规律以振动形式运动合理吗？
弦振动属于一种物质运动形式，物质运动形式是不能决定物质结构形态的，同一根琴弦可以弹出不同的音调，但相同的音调并非来自同一根琴弦。根据质能比关系所示，物质能量由质量、运动速度产生，而物质运动的前提是必须有质量。物质的质量才是决定物质形态及运动形式的根源，物质形态及运动方式只是物质质量的表现形式，各种物质结构因质量不同会有不同的形态及运动形式（原子的100多种形态就是由于质量的不同）。物质结构的质量可以决定物质的运动形式，但物质的运动形式不能影响物质结构的质量（当然可以影响能量）。物质质量是第一位的，物质运动是第二位的，岂能本末倒置。物质世界中每一层次结构（如分子、原子）的质量都各不相同，作为物质基本结构的弦，怎么可能只是运动方式不同而质量相同呢？
三、维的概念
20世纪90年代，美国普林斯顿高等研究所的弦理论家惠藤认为我们生活的世界实际有11维（10维空间和1维时间）。其中10维时空中的6维卷缩成小球隐藏在无限小的空间里，所以很难探测到。惠藤的研究结论令人吃惊，这么多维度从何而来？依此推论，即使随心所欲地把时空维数说成100维、1000维，又有何不可。
维——是空间、时间的一个独立方向或坐标轴，空间具有3个维度——上下、前后、左右；时间也有3个维度——过去、现在、将来。空间是一种存在，具有直观的形式，空间的特征是往复循环的；时间是一种过程，只是一种纯粹感性的形式，没有任何事物能在时光隧道中任意穿梭，时间的特征是单向流动的。在空间维数中，维数是形容物体空间形态的一种方式，1维是指有两个方向的线；2维是指有四个方向的平面；3维就包括了上下、左右、前后所有方向的立体。一切空间已经包括在3维之中，如果再任意扩大维数，建立起在3维空间加上1维时间的想象，把看不见摸不着的时间维数也放进直观的空间维数之中，成为不同寻常的4维，即将两种维数混为一谈的话，那么空间维数也就失去了它概括空间形态的意义。客观世界不存在抽象的维度，满足维度概念必须具备严格的条件，使人茫然的11维假设扭曲了维度概念的含义。虽然无限多的物质形态是存在的，但无论物质形态怎样延展或卷缩，是球形或是方形，每个物质空间结构的维度也只能有3个。
不但正确思想是客观世界的反映，就是错误的观点、荒唐的假说也应在客观世界中找到它的产生根源。科学研究的任务不是把只凭主观设想出来的秩序强加与事物，而是要从客观存在的事物中发现它本身固有的规律。脱离自然界的客观现实，用一种高度数学化、纯粹思维性的“理论”来包罗万象地描述宇宙，又能指望出现什么奇迹呢？理论不能和实践分道扬镳，我们不能凭借偶然的奇思妙想来创造出科学理论，任何思想先驱的远见卓识都是经过审慎周密的深思熟虑和实践检验的。一切缺乏直观证据又不符合逻辑推理的东西都必须从知识的殿堂中剔除出去。在令人眼花缭乱的自然现象之中蕴涵着理性的内在法则，自然物质都在服从一个不可抗拒的规律，解释物质世界基本规律的科学理论本应一目了然，没有必要像弦理论那样故弄玄虚。

原载《科学之友》2003年第8期
作者：建一