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messages.content: transcript:<在1919年， 一位显为人知名叫“西奥多•卡鲁扎”的德国数学家 提出了一个大胆，甚至有些异乎寻常的猜想。 他认为在我们的宇宙 可能实际上包含不只三个维度 并非像我们一贯所认为的那样。 除了我们熟悉的左和右，前与后，上跟下外， “卡鲁扎”认为空间里可能包含有额外的维度 只是因为某些特殊原因，我们还无法认知。 当一个人有了大胆怪异的猜想， 我们通常只会关注其大胆和古怪的部分， 而这部分和我们存在的现实世界是毫无关联的。 但是这一次，面对于这个猜想— 虽然我们还不知道它的正确与否， 之后我会谈谈一些会在未来几年里进行的实验， 可能会证实它的真伪— 这个猜想在上个世纪已经给物理学界带来了重大冲击 毫无疑问，它会进一步推动大量前沿学科的研究。 所以，我想借此机会与你一起探讨一下这些“额外的维度”。 我们从哪里开始好呢？ 先让我们谈一些背景知识吧。话说1907年， 那年“爱因斯坦”已经成功地 发现了狭义相对论 并且正计划开启一个新的课题研究— 进一步深入地发掘被大家普遍认知的重力的由来。 那时，很多人 认为该课题早已被攻克了。 “牛顿”已经在17世纪末提出了重力理论 该理论可以正确地描述了星球间的运动， 月亮的运动等等， 但这个导致苹果坠落的令人质疑的运动， 一直困扰着大家。 虽然这些运动都可以运用牛顿理论来描述， 但是“爱因斯坦”意识到“牛顿”遗留下了一些未解的东西， 甚至“牛顿”本人也提到 虽然他明白如何计算“重力”的影响， 但是他无法真切地了解“重力”究竟是如何工作的。 为什么距离地球9千3百万英里外的太阳， 可以影响到地球的运动？ 太阳是如何超越空旷无极的宇宙来施展它的魔力？ 这恰恰是“爱因斯坦”想探讨地— 究竟“重力”是从何而来。 让我们来看看他究竟发现了什么。 “爱因斯坦”发现 传递“重力”的媒介其实就是空间本身。 他的观点是这样的： 想象空间是承载万物的本源。 “爱因斯坦”认为在没有任何物质存在的情况下，空间是细致扁平的。 但在有物质存在的情况下， 比如说太阳， 它会导致这个类似织布的空间扭曲。 而这导致了“重力”的产生。 地球同样会扭曲在它四周的空间。 你看月亮。 根据这个想法，月亮之所以能保持在它的轨道上， 是因为它沿着曲面的内测旋转 太阳，地球，月亮间的影响力均是因为它们本身的存在而产生的。 我们来总体看一下。 地球之所以保持在其轨道上 是因为它旋转的曲面是 太阳的存在而产生的。 这是一个崭新的关于“重力”由来的观点。 随后，这个观点在1919年通过天文观测被肯定。 这个观点能够正确的解释相关的数据。 这使得“爱因斯坦”在世界上名声大震。 而这也促使了“卡鲁扎”去思考。 他和“爱因斯坦”一样，也在寻找我们称之的“统一理论”。 一个理论 能够用来描述所有自然间的作用力，可以是一整套观点， 一整套法则，或者一条主宰万物的等式，用你的话来说。 所以“卡鲁扎”自认为， “爱因斯坦”能够用扭曲的空间来 描述“重力”— 更精确的来说，用空间和时间。 也许我也可以用相同的方式来描述其他已知的作用力， 也就是当时已经被认知的电磁力— 今天我们知道有更多的作用力，但在那个时期 电磁力是另一个唯一被大众所思索的。 你看，这种作用力反应了电场 和磁场的相互作用。 所以“卡鲁扎”认为，也许我可以用相同的方式 同样以“扭曲”为基点来描述电磁力。 于是就有了进一步的问题：“扭曲”的依托是什么？ “爱因斯坦”已经借用了空间和时间， 并以其“扭曲”的结果来描述重力。 似乎没有什么别的什么依托对象来实施“扭曲”了。 于是“卡鲁扎”想，这样吧，也许空间里包含有更多的维度。 他想，如果我要描述另一个作用力， 也许我需要增加一个维度。 所以他想象这个世界是由四个维度的空间组成，而不是三个， 并且电磁力的作用是在第四维度上 的“扭曲”而产生的。请注意这里： 当他在写方程式组来描述四度空间的“扭曲”， 不再是三度空间的时候， 他发现“爱因斯坦”以三度空间为模型构建的方程式组— 就是用来描述重力的— 因其添加了额外的一维空间而增加了一个方程式。 当他查看这个方程式时， 发现没有别的方程式 被其他的科学家用来描述这个被熟知的电磁力。 太奇妙了—就这样被发现了。 对于这个发现，他万分激动 他围绕着房子边跑边叫，“成功喽！”— 他已经发现了“统一理论”。 很明显，“卡鲁扎”极为地偏重“理论”。 他，实际上— 有一个故事，当他想要学习游泳的时候， 他读了本论述游泳的书— （大笑声） —然后就跳到海里去了。 他就是这种将生命系于理论的人。 你看，想我们这些稍微有些实践头脑的人， 就他的研究上，两个问题会立即产生。 第一个问题：如果空间中含有额外的维度，它们在哪里？ 似乎我们并没有观察到。 第二个问题：这个理论确实能真实详尽地 应用于我们的世界么？ 第一个问题在1926年被 一个名叫“奥斯卡 克莱恩”的回答了。 他认为维度可能以两种形式存在— 一种维度可能很大，很容易被认知， 另一种可能很小，卷曲在一起的维度， 因为卷曲得太小了，虽然存在于我们周围， 但我们无法认知。 请看这里的图像演示。 设想你正在关注 一根支持交通灯的钢缆。 是在曼哈顿。你正在中央公园— 好像跑题了— 从远处看，钢缆貌似是一维的， 但大家都知道钢缆是有粗细之分的。 虽然从远处来看是非常难辩认的。 但如果我们聚焦来看，比如， 一只小蚂蚁在上面爬行着— 因为蚂蚁的微小，它可以穿越不同的维度— 长的维度， 同样顺时针和逆时针的方向。 同时，我希望你们能感激我们所做的。 我们费了很大功夫才让蚂蚁做到了这些。 （大笑声） 但这却阐明了维度可以有两种类型的事实： 大的和小的。 大的维度就存在于我们的周围 我们可以轻易的识别， 但也可能存在有额外的卷曲维度， 就像钢缆的柱面， 因为过于微小而未被发掘。 让我们来看看它可能的形状。 如果我们要看空间本身— 当然，在屏幕上只能显示两个维度。 将来你们之中的一些人会解决这个问题， 当然任何不处于平面上的部分是在一个新的维度上， 让我们深入，深入，再深入， 一直深入到细微的空间本身— 这里是关键： 空间里可以包含额外的卷曲维度。 这就是小圆环—因为太小了所以我们无法观察到。 但如果你是超微小的爬行蚂蚁， 你既可以在我们公认的大维度上爬行— 就像在这些格子里— 也可以在微小的卷曲维度里自由进出 因为它实在太微小了，我们无法用肉眼直接看到 甚至用我们最精良的仪器也无法观测到。 但当深入到类似织布的空间本身， 可能会存在更多的维度，正像我们刚才看到的。 而这就是解释 为什么宇宙中能够包含有更多的维度而并非我们所习惯认知的。 那么对于我刚才提出的第二个问题： 这个理论能够 被运用于实践么？ 其实，“爱因斯坦”，“卡鲁扎”以及其他 致力于优化这个体系 并试图将其应用于当时被认知到的宇宙物理学， 发现在细微处该理论并不能反应现状。 在细微处，比如说， 他们无法得到与理论计算 相一致的电子数。 曾经很多人致力于此研究，但从40年代，确切地说50年代起， 这个奇怪但引人入胜的课题 关于如何统一物理学法则的想法没落了。 直到在我们这个年代，一些奇妙的事情发生了。 在我们的时代，物理学家们正在尝试用一种新的理论 来统一物理学，这其中包括我 也包括世界各地的物理学家 这种理论被称作“超弦理论” “超弦理论”奇妙之处在于 乍一看它和多维度并没有什么关系 但是当我们深入研究“超弦理论”的时候 我们发现它以一种崭新的方式使这个理念得以复苏 下面让我来解释其中的道理 什么是“超弦理论”？ 它是一个试图回答以下问题的理论 在这个世界上，围绕着我们的万事万物都是由什么样的 最基本的，不可再分的成分组成的？ 这个理论的观点是 现在来想象一下我们观察一个熟悉的物体，一个烛托里的蜡烛 接着想象我们试图弄明白它的构成 于是我们展开一段旅程，进入到这个物体的深处来研究它的构成 我们到了内部足够深的地方，你看到了原子 我们也知道原子并不是最小的单位 我们看到微小的电子紧紧地围绕着中心的原子核 原子核中有中子和质子 而在中子和质子里我们也能发现更小的粒子—夸克 以上是以被广泛接受的观点 现在我要讲的是弦理论提出的新观点 在那些粒子的深处，还可以发现一些东西 他们是正在舞动的丝状物，携带着能量 这些东西看上去像振动着的弦 这就是弦理论从何而来 就好像你看到的大提琴上的弦 能以不同的模式振动 这些弦也可以以不同模式振动 他们不能产生各种音乐符号 然而，他们制造出了围绕在我们周围，这个世界中的不同粒子 所以，如果这个理论是正确的话 这就是宇宙中极微观世界的情景 它是由无数 微小的振动能量丝组成的 他们以不同的频率振动着 不同的频率产生不同的粒子 不同的粒子保证了 我们这个世界的多样性 这样你就看到了统一性 因为不论是物质粒子，电子，夸克 还是放射性粒子，光子，引力子，都是由一种实体构成的 自然界中的物质和各种力都是由 这些震动着的红色弦组成的 这就是我们所说的统一理论 但是问题是 当你研究弦理论中的数学时 你会发现 它在我们这个只有三维空间的宇宙里是不成立的 在四维，五维或六维的世界里也不成立 最终，当你研究这些方程，你会发现 它只适用于一个有十个空间维度 和一个时间维度的世界 这就是以前克鲁兹和卡莱恩的观点 当我们的世界被合理描述的时候 它的维度应该比我们肉眼看得到的要多 稍加思索，也许你就会说， 好，你看，如果真的存在更多的维度，他们又紧紧地蜷缩起来 是啊，如果他们真的足够小的话，也许我们确实看不到他们 但是如果有一群微小的绿色智人在下面行走 你可以想象让他们变得很小，小到我们眼不见他们，就是这样 这个弦理论做出的一种预言 不，这并不是弦理论做出的另一种预言 （笑声） 但是它引发了一个问题 是我们企图把这些额外的维度隐藏起来呢 又或者他们向我们揭开世界的奥秘 在接下来的时间里，我会向你们展示这些额外维度的两个特点 第一，我们中的很多人都相信这些额外的维度 可以解答也许是理论物理，理论科学中 最深层的问题 这个问题就是：当我们环顾这个世界， 在过去的几百年中，科学家们得出 大约有20个数字可以有力地描述我们生活的宇宙 这些数字包括粒子的质量 包括电子和夸克，引力的强度 电磁力的强度 这大约20个数字 已经被测量的极度精确 但是没人可以解释 为什么这些数字显示现在我们所测量出来的数值 那么，弦理论可以给出答案吗 现在还不行 但是我们相信关于上诉问题的答案 有可能有待这些额外维度的形态来解答 令人称奇的是，如果这些数字 换成了其他数值而非现在的数值 那么我们熟悉的宇宙就将灰飞烟灭了 这是个深奥的问题 为什么这些数字被如此精心地调试 使得恒星发光，行星得以形成 我们意识到，如果你扰乱这些数字 如果我把这个调高20 或者我让你上台来搅乱这些数字 几乎任何的干扰都会使宇宙消失 那么我们可以解释这20个数字吗？ 弦理论认为，这20个数字 和额外的维度有关系 让我来向你们演示 所以当我们讨论到弦理论中的额外维度时 不是在讨论额外的一个维度 就像早期卡鲁扎和克莱因的观点 这才是弦理论描述的额外维度 他们有非常多样又错综复杂的几何图样 现在你看到的被称为Calabi-Yau形状 名字并不是重点 但是你们可以看到 额外的维度嵌入他们之中 缠绕，呈现出一种引人入胜的形状，一个有趣的结构 这个观点认为如果这就是这些额外维度的样子 那么我们身处的宇宙的在显微镜在呈现的景象 在如此微小的尺度中看上去就是这样的 就在你的一摆手之间 你就来回穿梭在这些额外的维度里 但是他们太小了，我们不会察觉到 那么这20个数字隐含着什么物理意义呢？ 请这样来想。如果你看着这件乐器，一个法国圆号 你会注意到这些气流的震动 受乐器形状的影响 在弦理论中 所有这些数字反映了弦可以震动的方式 所以就像这些气流 是受乐器弯曲旋转的影响 弦本身也受 震动模式的影响。而震动模式是由移动的几何图案决定的 现在让我来阐述弦理论的原理 但是观察这些周围震动的细小物体时— 将会有一个时刻—就是这个时候 可以注意到他们震动的方式是受 额外维度的几何图形的影响 如果我们准确地知道额外维度的形态 我们现在还不知道，但是如果我们可以知道 我们就可以计算出所有可能的模式 所有可能的震动模式 如果我们可以计算出所有可能的震动模式 我们就可以计算出这20个数字 如果我们计算出的答案 等于这些数字 通过细致精确的实验 测量并认定的数值 这将在很多方面成为首次彻底深入地解释 为什么宇宙的结构是现在的样子。 现在，我想解决的第二个问题是： 我们如何更直接地证明这些额外维度的存在？ 这只是一个有可能解释 世界上以前未能解释的问题的 奇妙数学结构？ 又或者我们真的可以证明这些额外额度的存在？ 我们认为—我也认为，这将是一件激动人心的事情 在将来的五年里，我们有可能成功地证明出 这些额外维度的存在 事情是这样的。在瑞士日内瓦的欧洲粒子研究中心 我们正在建造一座大型强子对撞机。 这个机器会使粒子以接近光速 在隧道中反向运动。 大量粒子会迎面飞行 并且发生碰撞。 我们希望，如果这些撞击有足够的能量， 撞击可能使部分残骸会从我们的维度中 喷出，迫使它们进入其他的维度。 我们是如果知道得呢？ 我们将测量撞击后的能量， 将其与撞击前的能量作比较， 如果撞击后能量减少了， 这就证明了能量发生了逃逸 如果它们以我们可以计算出的模式发生逃逸 那我们就证明了额外维度的存在。 让我向你们展示这个想法的视觉成果 想象一下现在我们有一种叫做引力子的粒子— 我们假设如果真的存在额外维度， 这就是被喷出的残骸。 但以下是这个实验的过程 你握住这些粒子，把它们攥在一起 你把它们攥在一起，如果我们是正确的话， 撞击中的一部分能量 将由残骸携带飞入这些额外维度。 这就是我们在将来的5年，7年也许10年 的时间里将要持续的实验。 如果这个实验产生了成果， 如果我们注意到我们所处的维度中能量 比之前的能量有所减少 我们就知道某种粒子被喷出 这就证明了额外维度是真正存在的 对我来说这是一个伟大的时刻， 一个伟大的机遇。回顾历史，牛顿认为的绝对空间— 他只证明了一个空间，一个宇宙中 事件发生的舞台。 当爱因斯坦出现，他告诉我们 空间和时间是可以弯曲的，这就是重力 现在弦理论出现并告诉我们 对，重力，量子力学，电磁力学 都可以被统一起来 但前提是我们的宇宙拥有更多的维度，多过我们能观察到的 也许在我们的有生之年就能看到这个实验证实了他们的存在 如果真的发生， 那将多么令人激动 谢谢大家。 （鼓掌声）> speaker:<Brian Greene>
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messages.content: {"TITLE":"布莱恩·格林恩谈“弦理论”"}
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