弦理論?

科學家邁向萬有理論 (Theory of Everything),即解釋萬物的終極理論,雄霸過去十多年的一直是弦理論(String Theory) [註1],近年來卻出現了另類的新思維。

這對我來說是面目一新,其中一些新理論完全脫離了弦的想法,而且立論不失優美(elegant)。當然,這不代表問題已解決,而是顯示有人已選擇了其他的途徑,試圖改變現狀。

今天談的一個新想法的例子,名為「引力的熵假說」,是一位荷蘭科學家Erik Verlinde 提出的。故事要從霍金的黑洞學說開始:由於量子效應,有輻射會從黑洞邊緣溢出(所以黑洞並非將所有範圍內的物質吸進,因而並非全黑!)。這些輻射帶有熱力,於是作為輻射源頭的黑洞具有溫度。從黑洞的質量和溫度,我們便知道它的熵值。由於能量不滅,只可從一種形式(例如熱力) 轉為另一種(例如動力),…… (下省一千字) 輾轉下Verlinde竟然可以導出愛因斯坦的廣義相對論來!

其實,Verlinde 的理論指出,重力(gravity) 之所以存在,是源於兩堆不同質量(masses) 之中的空間所含的不同資訊(information) 集中量。由於資訊與秩序(orderliness)息息相關(想像資訊與噪音的對立),而秩序與熵亦然(熵隨時間增加,秩序則隨時間趨向混沌),故此他的理論能夠導出廣義相對論並不出奇。

令人詫異的倒是,以上的結果意味著我們一直所理解的時間和空間原來並非最原始的基礎,而是物理學上更深入過程中的結果。

在此,量子力學與相對論(即重力) 站在同一位置,均是物理學上尋找宇宙本來面目更深入過程中的結果 。

若果Verlinde 的理論正確,則佔宇宙之內絕大部分質量、令人百思不解的暗物質(dark matter) 問題自然消失。

當然,事情沒有這麼簡單,否則萬有理論找到了,自然會是大新聞。Verlinde 的理論,目前有其他學者從理論方面評估及從實驗方面求驗證,都遇到不少問題。但同時也觸發這方向往下游的新思維。

新思維之一是對「因果關係」的詰問。由於Verlinde 的理論中,時間和空間已非最原始的基礎,人們對這兩者原有的次序(因果)起了顛覆想法,即事件A導致事件B,與及即事件B導致事件A,可同時並行不悖!

這般匪夷所思、令人摸不著邊際的事,我們原來也不陌生。一個世紀前出現般的廣義相對論和量子力學不也是一樣,不也是有違常理! [註2] 

新理論的出現,代表有人希望脫離弦理論的枷鎖,未嘗不是好事。

 

[註1] 簡單來說,弦理論建議的是,宇宙是由極微細的物件組成,而這些物件則是像樂器上的弦一般地振動。弦理論過去十多年主導了思想潮流,唯欲要成為萬有理論,需於一般理解的四維空間(時與空) 上另加上六、甚至七維度;它又涉及數目達10之後500個零的多重宇宙(multiverse),人類只活在其中之一。

[註2] 相對論強迫人們屏棄過去將時空分隔的處理,量子力學則需接受該理論獨有的纏繞 (entanglement) 和疊加(superposition) 原理。

 

原刊於作者博客

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