超弦论
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爱因斯坦的错误

虽然物理学家不能完全理解将四种基本力结合成一种理论所需的必要细节,但他们却明确地知道爱因斯坦构建统一场论一定会遇到的麻烦。

爱因斯坦曾说,在他的相对论中,放置在宇宙中的不同地方的时钟以不同的速率跳动,但现实生活里的他买不起家里的时钟。爱因斯坦用这种方式揭示了自己获得伟大发现的方法——用物理图像思考。数学,无论多么抽象或复杂,总是后来出现的,它只是作为一种工具将这些物理图像翻译成精确的语言。爱因斯坦构思的图像是如此的简单和优雅,以至于它们可以被公众理解。数学可能是模糊且复杂的,但物理图像总是简单美丽。

爱因斯坦的一位传记作者指出,“爱因斯坦总是从最简单的可能的想法开始,然后,他会将它放在适当的背景下描述。这个直观的方法就像画一幅画一样,一种经验教会了我知识和理解的区别。”

由于爱因斯坦具有敏锐的洞察力,他能比其他人看得更远。正是爱因斯坦伟大的绘画洞察力使他提出了相对论。30年来,在物理学中,他一直是巨人,因为他的物理图像和构思能力始终正确无误。然而,讽刺的是,在过去的30年里,爱因斯坦没能创造出统一场论,因为他放弃了这种概念性的方法转而求助于没有任何清晰视觉图像的模糊数学。

当然,爱因斯坦意识到自己缺乏指导性的物理原理。他曾经写道,“我相信,为了取得真正的进展必须再次从自然中寻找某些一般性的原理。”然而,不管他多么努力,都无法思考出一个新的物理原理,所以他逐渐变得痴迷于纯数学方向,如“扭曲”几何形状是缺乏物理内容的奇异数学结构。最终,他未能创造统一场论这个他研究的中心,因为他偏离了自己的原始路径。

回顾过去,我们看到超弦理论可能是爱因斯坦多年来一直回避的物理框架。超弦理论非常图像化,包含了无穷多个粒子作为振动弦的模式。如果这个理论兑现了它的承诺,我们会再次看到,最深刻的物理理论可以用一个令人惊讶的简单的图像化的方式来描述。

爱因斯坦追求统一是正确的。他相信一个潜在的对称性是所有的力统一的根源。然而,他使用了错误的策略,试图联合引力和电磁力(光),而不是联合核力。爱因斯坦试图联合这两种力是自然的,因为这是他有生之年的重点研究对象。他有意识地选择忽略核力,这也许可以理解,因为在那时它是最神秘的。同时,他更不喜欢描述核力的理论——量子力学。

相对论揭示了能量、重力和时空的秘密;而主宰20世纪的另一理论是量子力学,是一门物质理论。简单来说,量子力学通过联合波和粒子的双重概念成功地描述了原子物理学。但爱因斯坦并未意识到统一场论的关键在于相对论和量子力学的结合。

爱因斯坦是理解力的大师,但他对物质的理解薄弱,特别是对核物质理解薄弱。接下来,我们谈谈这个问题。