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我的工作是去了解
宇宙运作的基本原理
我们可以达到的最基本的层面
当你在日常生活中
想试去了解某样东西是如何运作的
你实际上会去探索的是
我称之为“隐藏结构”的东西
如果我们用你的手机作为例子
你的智能手机
那是一个复杂的东西
而你也许会好奇它如何运作
你可以做的是
把它拆开
当然这会让保修失效 但不是个大问题
而你会进一步发现
它是由许多小型电子元件组成
而这些电子元件实际上事由
一种我们熟知的粒子而驱动
它做电子
所以我们叫它“电器”
如果你知道
这些东西是如何组成的
你就可以制作你自己的智能手机
甚至是其它电子产品
世界上有不少像我这样
以此为业的人
但不仅仅局限于手机或其它的元件
而是想了解——比方说你的手、、
或是所坐的椅子
或是地球
太阳
星星
或是整个宇宙的组成
因此 通过利用不同的仪器
还有观测方法
以及实验
经年累月下来 我们已经可以探测得更为深入
而我们现在知道
组成我们以及围绕着我们的物质
实际上是由极微小的基本粒子组成的
而基本粒子之间会用自然界中
基本的作用力相互作用
但我们同时也发现
这些自然的作用力本身
竟然也是由交换离子来运作的
实际上就是物质的粒子在交换
力的粒子
而你今年可能有听过
有一个大新闻
这领域的一件大事
就是大型强子对撞机 或称LHC
在一个欧洲的大型实验中
发现了希格斯玻色子
而这个粒子的工作是
与不同基本粒子相互作用
让他们具有我们可以观测到的质量
这幅令人振奋的图像就像是
我先前给你看的关于手机的那幅
我们有了这些元件
而我们有粒子理论的基本规则
就像这理论的名称一样
这些粒子组成
各式各样的东西 并让它运作
现在 我们觉得我们
只沾了量子世界的边而已
就是我们宇宙中 隐藏的结构
让我来给你们三个例子
关于我们还在努力想解开的谜团
我所做的是把各种粒子
凑成它们倾向形成的模式
但我们不知道这些模式是怎么来的
我们知道怎样描述粒子
但是我们并不知道模式是从哪里来的
当你在科学中看到各种模式
你会去找隐藏结构
这是其中一件事
我们知道宇宙中有大量物质
这些物质远比
我前面所说的各种物质都还多
它们叫做暗物质
我们不知道它是什么
而我们希望可以得到它
并做实验来了解它到底是什么
接着 另一样我想谈的事情
是重力的本质
这可能是我们最熟悉的作用力
当你进入到量子的世界
重力并不会
像粒子理论那般运作
所以 假设重力就像是 爱因斯坦所教导我们的那样
和空间与时间的形状有关
我们想探索量子世界中的重力 我们称为量子重力
在探索的过程中
我们想要了解一些问题 比如说:
时间和空间本身有粒子吗?
又他们如何互相配合?
运作规则是什么?
这些问题引导我们
去了解 137 亿年前
这些东西是怎么开始的
也就是大爆炸理论
在我们了解这世界的生成后
我们会了解物质和能量
同时也了解空间和时间
所以这些是一部份
这领域想研究的东西
另外 我们知道有些东西的存在,
像是黑洞
这是很重要的线索
它们实际上是空间中
我们想要了解的孔洞
同样地 新发现的暗能量
它有空间的倾向
靠着宇宙加速自己的膨胀
所以科学家们 在这些方向上做努力
试着了解 那些隐藏结构
我们认为它可能不只是 物质与能量
的隐藏结构
它同时也是空间与时间的 隐藏结构
因此问题是:“规律是什么?”
有许多理论来解释它
其中一种你们可能有听过的
叫做弦理论
它是其中一种理论
但我们还不知道它是不是对的
我们还没完全发展这个理论
但它已经给出许多 令人兴奋且着迷的线索
我想和你们谈谈它
其中一点就是摒弃
找寻小量子的想法
相对地你找寻一种延伸的对象
就是弦 它可以振动
这实际上这是一个 很令人激动的契机,
因为 比如说
如果我们因为观察不够仔细
而看不到隐藏结构
我们就没办法了解各种不一样的粒子
其实就是同一个弦上 不同的振动而已
这是很有趣的可能性
同时也是理论的一大简化
所以这是其中一个想法
弦论另外很有趣一点是
其中一种粒子所描述的
竟然就是我们 一直试着想了解
却找不到的量子重力
另外就是, 弦并没有只在
几个维度中运动
像是我们熟知的三维空间
它实际上在高维度里移动
所以我们有这种想法 那么
如果这和我们的世界有任何关连
它代表什么?
又我们还不知道什么?
这是我们的世界从它推导出来的一种方法
你可以推导出我们的世界
其中一个隐藏结构
就是一群时间空间的隐藏结构
它看不见 就是那些多出三维的维度
那些我们所见到 不同的粒子
来自弦的振动
而那些我们没办法解释的形态
则来自于 弦可以探测并感知
那些内在维度 的这项事实
其中一样就是
我们可以验证它吗?
这是一个可爱的想法 因为我们是做科学的
我们要如何用实际的实验及观测
来证实它?
这是个困难
我们认为要探测到
能够看见弦 那么小的尺度
所需要的能量
比近期内我们期望得到的 能量都还高
但我们可以做的是 我们可以找看看
这些隐藏结构所造成的结果
我们可以找看看它们在 我们观测得到的物理现象中
是什么样子
所以这是为什么 我们会研究
暗物质
黑洞
暗能量
而我们也在观察 早期宇宙的残留物
就是宇宙背景发出的 宇宙微波
而很重要的是 我们从
各种粒子物理实验中 在找线索
比如大型粒子对撞机
最后让我告诉你们
一件最近发生的事
弦理论可能会变得
对其它物理领域有用处
有新的实验正在展开
比如说 我们的朋友电子
被证实在某些环境下
会以一种全新
且怪异的行为
相互作用
有些模型说明
弦理论是最好的描述方法
在一些环境下
用弦理论的法则
你可以解释这类的行为
所以这给我们一次很好的机会
我们可以用些种电子
做一些实际的实验
这会帮助我们建构
那些弦理论的法则
而你也许会说:
“好吧,这会给我们
一些可能比较新潮的电子学
来制造比较好的手机。”
但是 我想说的是
这些法则可能正是
那些我们正在寻找的
可能证明弦论能解决大问题 的那些法则
最后
我希望我们正在寻找的 宇宙隐藏结构
在不久的将来就能被发现
谢谢