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  “疑似上帝粒子”现身,物理学界一片欢腾。

  而在北京中关村的一间办公室中,某位中年学者一边为此兴奋,一边期待更“过瘾”的分析结果,因为他研究的理论还可以接纳更新奇的粒子,探索“上帝粒子”发现后仍难以解答的谜题;而另一些时候,他却会怀疑那套理论不一定正确。

  这位学者就是中科院理论物理所研究员李淼,他的研究方向之一就是超弦理论——也许你曾在美剧《生活大爆炸》的台词、或是某些科普文章中隐约得知过这个词,但它究竟是何方神圣?

  物理学标准模型不够“美”

  这次新发现让许多物理学家欢呼,是因为若真发现了号称“上帝粒子”的希格斯粒子,一张名为“物理学标准模型”的宏伟画幅就将填上最后一块拼图——它所预言的全部基本粒子都将找到。

  然而,尽管这个标准模型的绝大部分早已被一次次科学实验证明,但在一些理论物理学家眼里,它还是不够“美”。

  按照标准模型,是电子、夸克、胶子、光子、中微子……等62种不可再分的基本粒子构成了原子、分子和世间万物。然而基本粒子的种类竟如此之多,质量、性质等千差万别,相互作用的机制也非常繁冗,简直比元素周期表还复杂。

  肩负探寻最基本自然规律的神圣使命,物理学向来追求“简单才是美,不美非真理”,如此复杂的模型怎么能是宇宙的终极奥秘呢?好在自上世纪60年代末以来,一项名为“弦论”的新理论声名鹊起,经数十年发展演变成现在的超弦理论。

  超弦理论的核心很简洁,就是认为所有基本粒子在本质上没有区别,都是一段在高维空间振动着的“弦”;每根弦完全相同,只是振动方式不同。无数振动着的弦投射到我们生存的三维世界,就像把三维世界中的景象投射在二维的电影屏幕上,就是人类能认识到的各种基本粒子。

  如果人类也能“听”到弦振动的声音,那么每个基本粒子都是一个音符,原子就是乐句,分子就是乐段,你我和世间万物就是乐章,而整个宇宙则是一首无比恢弘的交响乐,从宇宙大爆炸的时刻开始演奏,直到宇宙的终结。

  远看像粒子,近看才是弦

  “虽然还是不明白在说什么,但是听起来很厉害的样子”,要用几句话勉强解释超弦理论,恐怕也只能到这个程度了。不过外行看超弦理论有个好处,就是只要记住“所有基本粒子都是弦的不同振动形式”就行了,总比弄清一大堆名字晦涩、拗口还带希腊文的粒子简单多了吧。

  或许还要解释一下,什么是高维空间呢?我们平时感知到的空间,由长宽高三个维度构成,加上时间就是四维时空。而在超弦理论尤其是比较新的膜理论中,整个时空共有多达11个维度。

  “现有物理实验还无法证明高维空间的存在,是因为这对目前的观测手段来说太‘远’了。”李淼说,“就像一根长长的管子远远看去,仿佛一条粗细为零、只有一个维度的直线;而在更远的距离眺望,一个人也只是个零维的小黑点。”

  那么多维空间究竟是什么样子?把一张纸看做二维平面,纸上画的小人则是这个平面世界中活生生的“二维生物”。如果你用一个指尖轻轻触摸这张纸,画中的小人只能看到指尖在平面上的小片印痕,根本无法想象你这个“三维人”长什么模样。同样,对于多维空间的景象,就是最有想象力的科学家、科幻作家和电影导演,也难以将其直观表现出来。