第一一五章 想依靠量子力学穿越时空?那可能要搭车超弦理论!
推荐阅读：弃宇宙、剑来、渡劫之王、天下第九、三寸人间、大符篆师、飞剑问道、仙宫、大侠萧金衍、大华恩仇引
海娜小说网 www.hainazuche.com，最快更新某科学的霍格沃茨最新章节！
“所以你是想要像班纳所说的那样，干脆改变原本发生的历史，制造一个平行世界出来？”古一满是疑惑的看向汉斯。“可这依旧会遇上过去时间点的所有人吧？”
“轰母拉！”汉斯突然喊到，古一的目光随着汉斯的头一同转向了三个刚才一直在玩弄着海豹形态的汉斯躯体，然后一直隐形不想引起汉斯注意的马猴烧酒们！“你应该还记得，她运用的时间魔法所造成的效果吧？至尊法师？”
“你的意思是，班纳他的说法是错误的，其实并不会产生平行世界？”古一的眼睛放射出诧异而又惊喜的光芒！
“不不不，他们的科学理论我并没有办法证伪。”汉斯的话让众人十分的疑惑，“但是现代科学的本质是什么？科学是正确反映世界本质与规律的理论，包括正确的概念、命题、原理与理论体系；其对象是客观本质与客观规律，内容是科学本质与科学规律，形式是语言，包括自然语言与数学等人工语言。然而，普通人之中的科学家们的大多数，是无法观测到魔法这一存在的啊……所以说，他的说法是基于他们对自己能够观测到、利用到的量子领域方式跨越时间，而得到的研究成果。”
“我不太明白，所谓的利用量子领域是如何做到跨越时空的？这简直不可思议！”约翰急切的插嘴说到，“你知道有什么详细的理论依据吗？说一说！”
“这有些麻烦，可能会需要我先对一些现有的物理学理论，以及未来发展出来的物理学理论假说进行叙述，但是我不确定会有几个人能听懂。”汉斯看到爷爷点头确认便继续开始讲述起来，“众所周知，量子力学是研究微观事物的，在微观世界中，电子以及各种高能粒子，它们的运动速度都是极高的，特别是中微子，其运动速度非常接近于光速。而这些粒子显然都是具有质量的，因此在高速运动的状态下，它们都拥有着极高的惯性质量，也就是说它们周围的时间都极为缓慢，如果不考虑狭义相对论所描述的时间膨胀效应，那么我们所计算而出的粒子寿命就会出现巨大的谬误，因为这些高速运动的微观粒子的时间流逝速度和我们的并不相同。
于是，在狭义相对论的帮助之下，科学家们利用了一个公式精确计算出了电子高速运动的时间，这个公式就是狄克拉公式。
由此可见，狭义相对论和量子力学不仅相融，而且是高度的契合。”
“没错，没错！量子力学加上狭义相对论和经典场论相结合而成的量子场论！弱相互作用有四费米子点作用理论。在弱相互作用中，李政道和杨振宁发现宇称不守恒。”约翰兴奋的表示这个自己知道！“继续，汉斯，继续！虽然狭义相对论下的量子力学理论验证很完美，但是明显不符合广义相对论！目前来说，甚至还没有一个假说，能够让两者处在一个统一的理论框架下！”
众人：？？？
……
他俩是在说啥？
“没错！后来的广义相对论却与量子力学是那么的格格不入，多年以来，爱因斯坦一直尝试将引力融入到相对论之中，却始终未能如愿。
任何一种力的传播都需要传播子，而引力恰恰没有，或者说没有被发现，这也就导致广义相对论可以完美的阐释所有引力效应，但如果将其融入量子力学后就会发现处处矛盾。两种无懈可击的理论就是不能相容，这其实是一件很令人费解的事情。”汉斯说的有些累，歇了口气。
“我觉得--”让想要打断这爷孙俩的互动，但……
“你不要在这你觉得！我要理清楚我孙子的设想思路，不要胡乱插嘴！”约翰粗暴的打断了让未说完的话。“小汉斯，继续～”
“不单是量子力学，麦克斯韦的电磁力同样与之无法统一。1926年，爱因斯坦的同事克鲁扎首先发表了一篇论文，而后波尔的同事对克鲁扎的论文进行了改进，通过在原有的四维时空的基础上，引入新的一维空间，从而能够综合爱因斯坦的重力方程式与麦克斯韦的电磁学方程式；这个理论就称为克鲁扎-克莱因理论，并且在该理论中，认为多出的一维空间只存在于微观结构之下，因此在现实世界中无法观察。然而由于当时的科学家对于这种无法观测的高维理论缺乏兴趣，同时适逢量子理论的诞生，因此科鲁兹-克莱因理论无疾而终，但是这种高维卷曲的思想，却成为了后续弦理论的思想基础，颠覆了所有人的时空观。”
“弦理论……”梅丽尔摇了摇头，“这个理论的研究已经沉寂了好几年了，70年代还能偶尔听学校的那群数学教授对物理学教授们说起，近几年一点消息都没有了。”
“那主要是因为同期的量子色动力学的问世，能够完美的解释粒子的强相互作用，成就了弦理论的初衷，因此量子色动力学自然就逐渐抢了弦理论的风头，弦理论再次被大家扔到了旧纸堆中。而量子色动力学则逐渐完善，最终发展了标准模型理论，能够实现对电磁力、强相互作用力、弱相互作用力进行统一的解释，并且能够通过物理实验加以验证，成为在当前粒子理论物理学的主流理论。
有些扯远了还是回归到弦理论，真正弦理论的诞生要到大概接近半个世纪以后。1968年，为了解释当时发现的核间的强相互作用力，意大利的物理学家维亚那多(Gabriel Veneziano）偶然发现了通过欧拉Beta函数，可以非常完美的描述几乎所有的粒子间强相互作用的规律：角动量与质量平方之间成正比的关系，即一条直线。根据维亚那多的模型，粒子可以视为粒子可以视为在某空间的延伸量，就是一条线段，或者一条弦。这些弦由两个反方向的力保持了微妙的平衡，一个是张力，使得弦的两端靠近；一个加速力，会使弦的两端分离。做一个近似的类比：弦就类似于飞机的螺旋桨，随时随地都在转动；离心力使得弦的两端在分离，而向内的张力，则保持了弦的平衡。
弦理论的提出，给物理学家提出了一种崭新的物质观，以前我们都把物质的基点看做一个无限小的质点，而弦理论则将其看做一条一维足够细小的线段；并且根据早期的弦理论，基于数学推导的原因，为了实现理论的自洽，需要扩展到高达26维的空间上才行；这就让弦理论成为一种玄学，当时的物理学家对于这种如此高维的时空，根本毫无概念，也无法通过试验方法对这个理论进行证伪；一个无法证伪的理论，当然也无法认可为是一个有效的物理理论。
不过，虽然标准模型不论从理论上，还是实验上都能对物质有非常完美的解释，以及精确的语言，但是从数学的角度来讲，这却并不失为一个具有『美』感的理论；为了解释物质及其相互作用力，标准粒子模型构建了61种粒子模型，分为了费米子和波色子两类；如果再包括重力子，则总的粒子数达到了62种之多。各种物质，及其相互之间的作用力，都是由这62道食材拼凑的结果，所以这个理论也是名副其实的杂盘理论。
所以很多物理学家语言，标准粒子模型并非终极的物理理论，而极大可能是这个终极理论的中间态。
虽然弦论被大多数的物理学所鄙视，但是它本身所具备的数学美感，却仍然让少数的物理学家对它痴迷；在这个过程中，物理学家通过弦理论已经很好的解释了波色子，在1970年，史瓦兹(John Schwarz )和他的同事南夫(Andre Neveu)发现可以描述费米子的弦论；但是这个描述费米子的弦理论却产生了一些实验上无法验证的粒子。这种粒子具有静态质量为零，但是拥有的自旋数为2。经过一段时间的研究，才发现这个粒子的描述，就是对量子重力场理论中假设的重力子的描述，从而发现了弦理论对重力场的微妙关系。
史瓦兹和格林在1980年发现超弦在十维中存在反常相消，1984年格林和史瓦兹沿这个方向推进了一大步，构造了一种特殊的弦模型，它具有时空的超对称，因而称为超弦理论。对称概念是物理学家最有用的工具之一。数学上，当一个方程组的单元之间发生了互换(变换)，而整个集体仍然显出同样的性质，我们可称之为对称。对称的概念之所以在发展理论时有价值，是因为它可用于指明大相径庭的事物之间的重要相似点。
当时空维数等于十，内部对称群为SO(32)时，这个理论不存在反常。超弦理论颇有说服力地证明，曾让早期弦理论困惑的有关量子力学的矛盾全都是可以消解的。事实上，他们得心应手地处理了所有的数学上的自洽性问题，诸如超光速的快子、由点粒子模型所引起的无穷大、对称性反常、高维自由度与超对称的引入等等。他们甚至还证明，弦理论有足够能力去容纳4种基本力。不利用“弦”就显然不可能建立一个数学上调和的量子引力理论。相反地，不包括引力，看来也不可能建立一个数学上一致的弦论。超弦计算，即使包括引力在内，决不会产生“无限大”。从1984年到1986年，是所谓的“第一次超弦革命”时期。
后来人们经过研究发现，在十维空间中，实际上有5种自洽的超弦理论。对一个统一理论来说，5种可能性还是稍嫌多了一些。因此，过去一直有一些从更一般的理论导出这些超弦理论的尝试，直到1995年人们才得到一个比较完美的关于这5种超弦理论统一的图像，称之为M理论。将5种超弦理论和十一维超引力统一到M理论无疑是成功的，但同时也向人们提出了更大的挑战。M理论在提出时并没有一个严格的数学表述，因此寻找M理论的数学表述和仔细研究M理论的性质就成了超弦理论研究热点，从而点燃了“第二次超弦革命”。
随着M理论的不断完善所取得的成果有：
1、成功的将量子理论和相对论统一在了统一理论框架下；
2、具有回答关于自然最基本的物质构成和力的初始问题的能力；
3、在宇宙学上，超弦理论成功的解释了霍金提出的黑洞的熵和辐射问题，这也是第一次从微观理论出发，利用统计物理和量子力学的基本原理，严格推导出了宏观的黑洞的熵和辐射公式；
这些未来会发展出的更深的弦理论学说，不只是描述“弦”状物体，还包含了点状、薄膜状物体，更高维度的空间，甚至平行宇宙。”
“所以你认为，古一她宇宙中的这个绿皮猛汉科学家，利用量子领域穿越时空的理论依据，便是基于超弦理论？”约翰一边思索一边缓慢的问到。
“应该说，这是目前我唯一知道的，量子力学能够与广义相对论处于统一的理论框架之下，并且能够与时间、空间产生一定关联性的理论。”汉斯想了想后，又开口补充了一下，“大概他们还有其他的基础物理研究的突破，毕竟他们宇宙的各种科学发展比魔法还魔幻。或许可以把抑制力们叫回来，然后让她们把她们世界的爱因斯坦、普朗克、玻尔、薛定谔、狄拉克、玻恩这些物理学家的英灵全都带过来研究研究？”
“Stop！”看着约翰有些蠢蠢欲动的样子，梅丽尔捂着额头急忙对着汉斯喊停！“理论上的先说这么多吧！我觉得大家大概可能也许或多或少都明白了！”众人纷纷点头表示对梅丽尔的话表示赞同！
“所以你是想要像班纳所说的那样，干脆改变原本发生的历史，制造一个平行世界出来？”古一满是疑惑的看向汉斯。“可这依旧会遇上过去时间点的所有人吧？”
“轰母拉！”汉斯突然喊到，古一的目光随着汉斯的头一同转向了三个刚才一直在玩弄着海豹形态的汉斯躯体，然后一直隐形不想引起汉斯注意的马猴烧酒们！“你应该还记得，她运用的时间魔法所造成的效果吧？至尊法师？”
“你的意思是，班纳他的说法是错误的，其实并不会产生平行世界？”古一的眼睛放射出诧异而又惊喜的光芒！
“不不不，他们的科学理论我并没有办法证伪。”汉斯的话让众人十分的疑惑，“但是现代科学的本质是什么？科学是正确反映世界本质与规律的理论，包括正确的概念、命题、原理与理论体系；其对象是客观本质与客观规律，内容是科学本质与科学规律，形式是语言，包括自然语言与数学等人工语言。然而，普通人之中的科学家们的大多数，是无法观测到魔法这一存在的啊……所以说，他的说法是基于他们对自己能够观测到、利用到的量子领域方式跨越时间，而得到的研究成果。”
“我不太明白，所谓的利用量子领域是如何做到跨越时空的？这简直不可思议！”约翰急切的插嘴说到，“你知道有什么详细的理论依据吗？说一说！”
“这有些麻烦，可能会需要我先对一些现有的物理学理论，以及未来发展出来的物理学理论假说进行叙述，但是我不确定会有几个人能听懂。”汉斯看到爷爷点头确认便继续开始讲述起来，“众所周知，量子力学是研究微观事物的，在微观世界中，电子以及各种高能粒子，它们的运动速度都是极高的，特别是中微子，其运动速度非常接近于光速。而这些粒子显然都是具有质量的，因此在高速运动的状态下，它们都拥有着极高的惯性质量，也就是说它们周围的时间都极为缓慢，如果不考虑狭义相对论所描述的时间膨胀效应，那么我们所计算而出的粒子寿命就会出现巨大的谬误，因为这些高速运动的微观粒子的时间流逝速度和我们的并不相同。
于是，在狭义相对论的帮助之下，科学家们利用了一个公式精确计算出了电子高速运动的时间，这个公式就是狄克拉公式。
由此可见，狭义相对论和量子力学不仅相融，而且是高度的契合。”
“没错，没错！量子力学加上狭义相对论和经典场论相结合而成的量子场论！弱相互作用有四费米子点作用理论。在弱相互作用中，李政道和杨振宁发现宇称不守恒。”约翰兴奋的表示这个自己知道！“继续，汉斯，继续！虽然狭义相对论下的量子力学理论验证很完美，但是明显不符合广义相对论！目前来说，甚至还没有一个假说，能够让两者处在一个统一的理论框架下！”
众人：？？？
……
他俩是在说啥？
“没错！后来的广义相对论却与量子力学是那么的格格不入，多年以来，爱因斯坦一直尝试将引力融入到相对论之中，却始终未能如愿。
任何一种力的传播都需要传播子，而引力恰恰没有，或者说没有被发现，这也就导致广义相对论可以完美的阐释所有引力效应，但如果将其融入量子力学后就会发现处处矛盾。两种无懈可击的理论就是不能相容，这其实是一件很令人费解的事情。”汉斯说的有些累，歇了口气。
“我觉得--”让想要打断这爷孙俩的互动，但……
“你不要在这你觉得！我要理清楚我孙子的设想思路，不要胡乱插嘴！”约翰粗暴的打断了让未说完的话。“小汉斯，继续～”
“不单是量子力学，麦克斯韦的电磁力同样与之无法统一。1926年，爱因斯坦的同事克鲁扎首先发表了一篇论文，而后波尔的同事对克鲁扎的论文进行了改进，通过在原有的四维时空的基础上，引入新的一维空间，从而能够综合爱因斯坦的重力方程式与麦克斯韦的电磁学方程式；这个理论就称为克鲁扎-克莱因理论，并且在该理论中，认为多出的一维空间只存在于微观结构之下，因此在现实世界中无法观察。然而由于当时的科学家对于这种无法观测的高维理论缺乏兴趣，同时适逢量子理论的诞生，因此科鲁兹-克莱因理论无疾而终，但是这种高维卷曲的思想，却成为了后续弦理论的思想基础，颠覆了所有人的时空观。”
“弦理论……”梅丽尔摇了摇头，“这个理论的研究已经沉寂了好几年了，70年代还能偶尔听学校的那群数学教授对物理学教授们说起，近几年一点消息都没有了。”
“那主要是因为同期的量子色动力学的问世，能够完美的解释粒子的强相互作用，成就了弦理论的初衷，因此量子色动力学自然就逐渐抢了弦理论的风头，弦理论再次被大家扔到了旧纸堆中。而量子色动力学则逐渐完善，最终发展了标准模型理论，能够实现对电磁力、强相互作用力、弱相互作用力进行统一的解释，并且能够通过物理实验加以验证，成为在当前粒子理论物理学的主流理论。
有些扯远了还是回归到弦理论，真正弦理论的诞生要到大概接近半个世纪以后。1968年，为了解释当时发现的核间的强相互作用力，意大利的物理学家维亚那多(Gabriel Veneziano）偶然发现了通过欧拉Beta函数，可以非常完美的描述几乎所有的粒子间强相互作用的规律：角动量与质量平方之间成正比的关系，即一条直线。根据维亚那多的模型，粒子可以视为粒子可以视为在某空间的延伸量，就是一条线段，或者一条弦。这些弦由两个反方向的力保持了微妙的平衡，一个是张力，使得弦的两端靠近；一个加速力，会使弦的两端分离。做一个近似的类比：弦就类似于飞机的螺旋桨，随时随地都在转动；离心力使得弦的两端在分离，而向内的张力，则保持了弦的平衡。
弦理论的提出，给物理学家提出了一种崭新的物质观，以前我们都把物质的基点看做一个无限小的质点，而弦理论则将其看做一条一维足够细小的线段；并且根据早期的弦理论，基于数学推导的原因，为了实现理论的自洽，需要扩展到高达26维的空间上才行；这就让弦理论成为一种玄学，当时的物理学家对于这种如此高维的时空，根本毫无概念，也无法通过试验方法对这个理论进行证伪；一个无法证伪的理论，当然也无法认可为是一个有效的物理理论。
不过，虽然标准模型不论从理论上，还是实验上都能对物质有非常完美的解释，以及精确的语言，但是从数学的角度来讲，这却并不失为一个具有『美』感的理论；为了解释物质及其相互作用力，标准粒子模型构建了61种粒子模型，分为了费米子和波色子两类；如果再包括重力子，则总的粒子数达到了62种之多。各种物质，及其相互之间的作用力，都是由这62道食材拼凑的结果，所以这个理论也是名副其实的杂盘理论。
所以很多物理学家语言，标准粒子模型并非终极的物理理论，而极大可能是这个终极理论的中间态。
虽然弦论被大多数的物理学所鄙视，但是它本身所具备的数学美感，却仍然让少数的物理学家对它痴迷；在这个过程中，物理学家通过弦理论已经很好的解释了波色子，在1970年，史瓦兹(John Schwarz )和他的同事南夫(Andre Neveu)发现可以描述费米子的弦论；但是这个描述费米子的弦理论却产生了一些实验上无法验证的粒子。这种粒子具有静态质量为零，但是拥有的自旋数为2。经过一段时间的研究，才发现这个粒子的描述，就是对量子重力场理论中假设的重力子的描述，从而发现了弦理论对重力场的微妙关系。
史瓦兹和格林在1980年发现超弦在十维中存在反常相消，1984年格林和史瓦兹沿这个方向推进了一大步，构造了一种特殊的弦模型，它具有时空的超对称，因而称为超弦理论。对称概念是物理学家最有用的工具之一。数学上，当一个方程组的单元之间发生了互换(变换)，而整个集体仍然显出同样的性质，我们可称之为对称。对称的概念之所以在发展理论时有价值，是因为它可用于指明大相径庭的事物之间的重要相似点。
当时空维数等于十，内部对称群为SO(32)时，这个理论不存在反常。超弦理论颇有说服力地证明，曾让早期弦理论困惑的有关量子力学的矛盾全都是可以消解的。事实上，他们得心应手地处理了所有的数学上的自洽性问题，诸如超光速的快子、由点粒子模型所引起的无穷大、对称性反常、高维自由度与超对称的引入等等。他们甚至还证明，弦理论有足够能力去容纳4种基本力。不利用“弦”就显然不可能建立一个数学上调和的量子引力理论。相反地，不包括引力，看来也不可能建立一个数学上一致的弦论。超弦计算，即使包括引力在内，决不会产生“无限大”。从1984年到1986年，是所谓的“第一次超弦革命”时期。
后来人们经过研究发现，在十维空间中，实际上有5种自洽的超弦理论。对一个统一理论来说，5种可能性还是稍嫌多了一些。因此，过去一直有一些从更一般的理论导出这些超弦理论的尝试，直到1995年人们才得到一个比较完美的关于这5种超弦理论统一的图像，称之为M理论。将5种超弦理论和十一维超引力统一到M理论无疑是成功的，但同时也向人们提出了更大的挑战。M理论在提出时并没有一个严格的数学表述，因此寻找M理论的数学表述和仔细研究M理论的性质就成了超弦理论研究热点，从而点燃了“第二次超弦革命”。
随着M理论的不断完善所取得的成果有：
1、成功的将量子理论和相对论统一在了统一理论框架下；
2、具有回答关于自然最基本的物质构成和力的初始问题的能力；
3、在宇宙学上，超弦理论成功的解释了霍金提出的黑洞的熵和辐射问题，这也是第一次从微观理论出发，利用统计物理和量子力学的基本原理，严格推导出了宏观的黑洞的熵和辐射公式；
这些未来会发展出的更深的弦理论学说，不只是描述“弦”状物体，还包含了点状、薄膜状物体，更高维度的空间，甚至平行宇宙。”
“所以你认为，古一她宇宙中的这个绿皮猛汉科学家，利用量子领域穿越时空的理论依据，便是基于超弦理论？”约翰一边思索一边缓慢的问到。
“应该说，这是目前我唯一知道的，量子力学能够与广义相对论处于统一的理论框架之下，并且能够与时间、空间产生一定关联性的理论。”汉斯想了想后，又开口补充了一下，“大概他们还有其他的基础物理研究的突破，毕竟他们宇宙的各种科学发展比魔法还魔幻。或许可以把抑制力们叫回来，然后让她们把她们世界的爱因斯坦、普朗克、玻尔、薛定谔、狄拉克、玻恩这些物理学家的英灵全都带过来研究研究？”
“Stop！”看着约翰有些蠢蠢欲动的样子，梅丽尔捂着额头急忙对着汉斯喊停！“理论上的先说这么多吧！我觉得大家大概可能也许或多或少都明白了！”众人纷纷点头表示对梅丽尔的话表示赞同！