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第九章 宇宙是一首交響樂

萬物皆空唯有音樂

我們這個世界的萬物到底是由什麼構成的?

這個樸素的問題從兩千多年前的古希臘開始就不斷地被人類追問。德謨克利特第一個提出了原子說,他認為世間萬物都是由一種叫作原子(希臘文原意就是不可分割的意思)的小球構成的,每個小球都是一模一樣的,它們的不同組合構成了萬物的不同形態,包括你和我。兩千多年彈指一揮,人類對世界的認識飛速增長。很快,化學元素被發現,門捷列夫發現了元素週期表;再後來,現代的原子理論發展起來,盧瑟福發現原子並非不可分割,可以分解為原子核和電子;再往下,原子核又可以分割為質子和中子,質子和中子又可以繼續分割為夸克;然後又是形形色色的「子」被發現,什麼費米子、玻色子等等。似乎物質沒有盡頭,可以無限分割下去……

但是,終於有到頭的一天。根據現代最新的物理理論,到頭來,一切都是——空。

「拜託,剛才還一本正經地給我們上科學史課,怎麼突然跟我們玩起哲學概念了。」我已經聽到了你的嘀咕聲。

NO,我是在很認真地告訴你,真的,到頭來一切都是空。比如,你拿起一杯水,仰頭一口氣喝下去了,我來問你,你喝到的是什麼?

你說:「水啊,化學分子式為H2O,兩個氫原子和一個氧原子組成了水分子。」

我說:「好,我承認你喝下了無數的氫原子和氧原子。那你知道原子又是一番怎樣的情景嗎?讓我來告訴你,原子是由原子核和電子組成,原子核只佔到整個原子體積的幾千億分之一,而電子比原子核還要小1000倍。我給你打個比方,整個原子就像一個足球場那麼大的一個氣泡,原子核就是當中的一粒沙子,而電子就像一小顆灰塵一樣在氣泡裡飛來飛去。如果你看到這樣的一個氣泡,你會認為這幾乎是空無一物的氣泡,你再仔細也難以找到原子核和電子。你喝下去的一杯水,就是由無數個這樣的氣泡組成的,看起來滿滿一杯水,其實裡面99.9999999999999%是空的。如果把這杯水中所有原子中空的部分全部抽走,只留下原子核和電子,那麼這杯水剩下來的東西,你要用現在全世界最強大的電子顯微鏡放大差不多一億倍才能看到,現在你還認為你喝下的是一杯水嗎?」

你說:「好吧,我承認我其實只喝下了很小很小的一點東西,但你也不能就認為我喝下的是空,好歹還有點原子核和電子嘛。」

我說:「很遺憾,我的話還沒說完。那麼原子核和電子又是由什麼組成的呢?由一些更小更小的基本粒子組成。這些基本粒子又是什麼東西構成的?有些物理學家告訴我們說,這些基本粒子到頭來都是一根根的『橡皮筋圈』,它們就像吉他弦一樣在空間中振動著。構成這些橡皮筋的材料不是別的,也正是空間本身,一段彎曲的六維空間。到頭來什麼也沒有,只有一段彎曲的六維空間蜷縮在你無法想像的小的三維空間中,構成一個橡皮筋圈,以不同的頻率振動著。」

如果這個理論是對的,那麼,你其實喝下去的什麼也沒有,只是空間本身而已。這個宇宙除了空間本身真的是什麼也沒有,你和我,世間萬物,到頭來,一切都是空。

以上所說的一切都不是我的胡思亂想。這些正是最近30年在物理學界迅猛發展起來的「超弦理論」,也是謝耳朵的專業方向,它現在是萬物理論的候選理論。

在超弦的世界中,一個個振動著的「橡皮筋圈」就是構成物質的最小單位,不同的振動頻率構成了不同的基本粒子,不同的基本粒子組合又構成了質子、中子和電子,質子和中子組合在一起構成了原子核,原子核和電子一起構成了原子,原子構成分子,分子構成材料,材料構成了世間萬物,包括你和我。

上帝就像是一個神奇的魔術師,在空無一物的空間中,隨手這麼一抓,然後在手中一搓,一段空間被搓成了一根弦。然後他捏起弦的兩頭,在空中打了一個結,再用手指這麼輕輕一彈,於是,弦振動了起來,這就是夸克。接著上帝又用同樣的手法製作了膠子、中微子、費米子、玻色子……最後,他用眼花繚亂的迅捷手法不知怎麼地就用這些「子」組成了質子、中子、電子、原子、分子、金子、銀子……

如果上帝可以聽見振動著的弦發出的聲音,那麼每一個基本粒子就是一個音符,原子就是樂句,分子就是樂段,世間萬物、你和我就是樂章,整個宇宙就是一首恢宏的交響樂。這首交響樂從宇宙誕生的那天起就開始演奏,一刻不停歇,直到宇宙消失的那天為止。

這些聽起來美妙但又不可思議的事情,到底是怎麼被發現的?物理學家何以敢向世人宣佈「到頭來一切都是空」這樣的宣言呢?超弦理論家們到底有些什麼樣的線索?未來我們又需要怎樣去證明它?

這就讓我帶你去瞭解一下他們是如何探索隱藏在物質最深處的秘密的,你一定會被人類展現出來的驚人智慧所折服。宇宙讓我們敬畏,但是物理學家們也同樣值得我們敬畏。