宇宙的本质是什么？

为了回答这个问题，人们想了各种模型来描述这个世界。我们测试这些模型，并知道了哪些应该保存下来，哪些该舍弃。但当我们了解到更多，模型就变得更加奇怪且复杂，有些甚至困难到，相当难以精确地说明它，就像弦理论——一个著名的、充满争议的、并且常被误解的理论。

为何会有人想出这套理论，而它的描述是正确的吗?或者只是一个不值得重视的想法?

为了知道自然的样貌，我们近距离地观察各种事物，并且惊奇于其中深藏的奥妙。微小世界的奇妙景观，一群群奇妙复杂的生物蛋白质组合，它们全由分子所构成并且又由更小的原子所构成。我们曾经认为它们就是世界的基本单元，直到我们将它们强力相撞，并发现了完全不可再切割的物质“基本粒子”。

但现在有个问题，基本粒子太小，我们不能直接观测到它。试想一下，什么是观测呢?想要做观测，我们需要光，也就是电磁波。这道波撞击物体的表面，并反射至你的眼睛里，光波携带着物体的信息，让你的大脑能建构影像，所以你不能在没有某种交互作用的情况下做观测。

看到，便能有所了解，这是一个主动而非被动的过程。对大多数的物体来说，这都不是问题。但基本粒子非常非常非常的小，它小到我们过去所能看到的电磁波根本碰不到，可见光只会穿过它们。我们可以藉由缩小电磁波波长来解决这个问题，但波长越小，意味着能量越大。所以，当我们用一道高能量的光去照射粒子，光会改变粒子的位置。为了观测它，我们改变了它的性质，结论是我们无法精确地测量基本粒子，这个现象重要到被命名为“海森堡测不准原理”，它是一切量子物理学的基础。

所以，粒子看起来是什么样子?它的本质是怎样?我们其实并不知道。如果我们尽可能去观测它，我们可以看到一团模糊的物体，但这不是粒子本身，我们只知道它们存在。这种情况下，我们要怎么对它们做科学研究呢?就像前人一样，我们提出了新的数学模型—点粒子模型。

我们决定假设，粒子在空间中只是一个点，任何电子都只是空间中带有特定电荷量和特定质量的点，而且所有电子都无法被区分，这样物理学家便可以定义它们，并计算它们之间的交互作用，这套理论叫“量子场论”。它解决了许多问题，粒子物理中的标准模型都是建立在这上面的，而粒子物理实验的精确值也相当高，有些电子的量子性质被测量出来了，精确值可以到0.0000000000002%(2*10^-13%)。所以，就算粒子并不真的是个点，这样的假设让我们可以相当精确地去描绘宇宙。

这样的想法不仅让科学进步，它也带给我们许多每天都在用的科技成就，但是有一个重大的问题，即重力。在量子力学里，所有的力都由特定的粒子产生。但根据爱因斯坦的广义相对论，重力并不像宇宙中其它作用力一样。如果宇宙是场戏剧，粒子就是演员，而重力则是舞台。简单来说，重力是种几何学—时空间的几何学，所以我们必须定义出绝对的距离。但在量子物理的世界中，我们无法明确地测量事物，重力模型与量子物理模型彼此并不兼容。当物理学家试图增加新的粒子来描述重力时，他们的数学系统却崩溃了，这是个相当重要的问题。如果我们可以结合重力与量子标准模型，我们可以得到彻底的万有理论。所以天才们开始思考新的模型，他们问到:比一个点更复杂的事物是什么?一条线?或者是一条弦?于是弦理论就这样诞生了。

弦理论之所以会如此精美，是因为其采用了各异的震荡模式来描述基本粒子，就像小提琴不同的琴弦震动，能够发出各异的乐音，弦的各种震荡模式也能产生不同的粒子。最重要的是弦理论也能描述重力，弦理论可以统合宇宙中所有的基本作用力，这造成了人们的群情激奋与大肆炒作，弦理论很快成为了可能解释一切的理论。

不幸的是，弦理论有许多特殊的限制。在我们这由三维空间与一维时间组成的宇宙中，弦理论不能保持数学上的一致性，弦理论需要以十维的世界来运作。所以，弦理论确实能在理论的宇宙中运作，而物理学家想要找出去除剩余六维的数学模式，来探究我们所处的宇宙。但直到现在，没有能人能成功达成这个任务，并且弦理论中的预测全部都尚未被实验证实。所以，弦理论并没有真正透露出宇宙的真实样貌，因此有人指出弦理论可能完全不实用。

科学是由一连串的实验和预测所组成的，如果我们无法证明它，那么我们为何要费心于弦理论呢？因为它与我们如何去使用它息息相关。

物理是建立于数学规则之上的科学，2+2=4这就是事实，不论你有什么想法。而弦理论中的数学推导是可行的，这就是为什么弦理论仍然是非常实用的原因。想象你打算造一艘巨大的邮轮，但你只有一张划桨小船的蓝图。它们显然有诸多不同之处：引擎、材料、大小，但它们的原理基本上是一样的—都是会飘浮在水上的东西。所以，透过研究划桨小船的蓝图，你最终可能还是可以学到怎么去建造一艘邮轮。与此类似，有了弦理论，我们可以试着去解释一些困扰物理学家们数十年的量子重力论难题，像是黑洞如何运行，或是它的讯息悖论。弦理论可能可以成为指引我们方向的一盏明灯。有了这个想法，弦理论就变成了一个理论物理学家的珍贵工具，并且可以帮助他们去探索量子世界的新层面，以及一些美丽的数学理论。

所以，虽然弦理论可能无法解释一切事物，不过就如同点粒子模型一般，弦理论可以是一个非常实用的理论。我们还不知道现实世界的真实样貌到底是如何，不过我们会继续想出更多理论来试着探究，直到将来的某天。希望我们能真正了解其中的奥妙。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Kurzgesagt – In a Nutshell-流星魂

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