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我的工作是試著了解
宇宙運作的基本道理,
我們可以發現的最基本的層次。
當你在日常生活中
想試著了解某樣東西 是如何運作的,
你實際上會去探索的是
我稱之為「隱藏結構」的東西。
如果我們用你的手機作為例子,
你的智慧型手機,
那是一個複雜的東西,
而你也許會好奇它如何運作。
你可以做的是
真的把它拆開。
這會讓保固無效,但不是個大問題。
而你會進一步發現
它是由許多小型電子元件組成。
而這些電子元件事實上是由
一種我們熟知的粒子而驅動,
它做電子,
所以我們叫它「電器」。
如果你知道
這些東西是如何組成的,
你就可以製作你自己的 智慧型手機
甚至是其它電子產品。
世界上有不少像我
以此為業的人
但不僅僅侷限於手機或它的元件,
而是想了解── 比方說你的手、
或是所坐的椅子、
或是地球、
太陽、
星星、
或是整個宇宙的組成。
因此,透過各種儀器、
還有觀測、
以及實驗,
經年累月下來 我們已經可以探測得更為深入,
而我們現在知道 組成我們、
以及圍繞著我們的物質
實際上是由 極微小的基本粒子組成。
而基本粒子之間會用 自然界中
基本的作用力 相互作用,
但我們同時也發現
這些自然的作用力本身
竟然也是藉由 交換粒子來運作。
實際上就是物質的粒子 在交換
力的粒子。
而你今年可能有聽過
有一個大新聞,
這領域的一件大事,
就是大型強子對撞機, 或稱 LHC,
在一個歐洲的大型實驗中,
發現了希格斯玻色子,
而這個粒子的工作是
與不同基本粒子相互作用
讓它們具有我們觀測到的質量。
因此,這幅令人振奮的圖像 就像是
我先前給你看的 關於手機的那些。
我們有了這些元件,
而我們有粒子理論的基本規則,
就像這理論名稱一樣,
這些粒子組成
各式各樣的東西, 並讓它運作。
現在,我們覺得我們
只沾了量子世界的邊而已,
就是我們宇宙中 隱藏的結構。
讓我來談談三個
我們還在努力想解開的謎團。
所以,我所做的是把各種粒子
湊成它們的形成的模式,
但我們不知道這些模式是怎麼來的。
我們知道怎樣描述粒子,
但是我們並不知道模式是從哪裡來的。
當你在科學中看到各種模式,
你會去找隱藏結構,
這是其中一件事。
我們知道宇宙中有大量物質,
這些物質遠比
我前面所說的各種物質都還多。
它們叫做暗物質。
我們不知道它是什麼,
而我們希望可以得到它
並做實驗來了解它到底是什麼。
接著,另一樣我想談的事情
是重力的本質,
這可能是我們最熟悉的作用力,
當你進入到量子的世界
重力並不會
像粒子理論那般運作。
所以,假設重力就像是 愛因斯坦所教導我們的那樣,
和空間與時間的形狀有關,
我們想探索量子世界中的重力, 我們稱為量子重力,
在探索的過程中
我們想要了解一些問題,像是:
時間和空間本身有粒子嗎?
又他們如何互相配合?
運作規則是什麼?
所以,這引導我們
去了解 137 億年前
這些東西是怎麼開始的,
也就是大爆炸理論。
在我們了解這世界的生成後,
我們會了解物質和能量,
同時也了解空間和時間。
所以這些是一部份
這領域想研究的東西。
另外,我們知道有些東西的存在,
像是黑洞,
這是很重要的線索。
它們實際上是空間中
我們想要了解的孔洞。
同樣地,新發現的暗能量,
它是空間的傾向
靠著宇宙加速自己的膨脹。
所以科學家們 在這些方向上做努力,
試著了解 那些隱藏結構,
我們認為它可能不只是 物質與能量
的隱藏結構,
它同時也是空間與時間的 隱藏結構。
因此問題是:「規則是什麼?」
有許多理論來解釋它,
其中一種你們可能有聽過的,
叫做弦理論。
它是其中一種理論,
但我們還不知道它是不是對的,
我們還沒完全發展這個理論,
但它已經給出許多 令人興奮、令人著迷的線索。
我想和你們談談它。
所以,其中一點就是摒棄
找尋小量子的想法,
相對地你找尋一種延伸的物件,
就是弦,它可以振動。
這實際上這是一個 很令人激動的契機,
因為,比如說,
如果我們因為觀察不夠仔細
而看不到隱藏結構,
我們就沒辦法了解各種不一樣的粒子
其實就是同一個弦上 不同的振動而已,
這是很有趣的可能性
同時也是理論的一大簡化。
所以這是其中一個想法。
弦論另外很有趣一點是
其中一種粒子所描述的
竟然就是我們 一直試著想了解
卻找不到的量子重力。
另外就是, 弦並沒有只在
幾個維度中運動,
像是我們熟知的三維空間,
它實際上在高維度裡移動。
所以我們有這種想法,那麼,
如果這和我們的世界有任何關連,
它代表什麼?
又我們還不知道什麼?
這是我們的世界從它推導出來的一種方法。
你可以推導出我們的世界,
其中一個隱藏結構
就是一群時間空間的隱藏結構,
它看不見,就是那些多出三維的維度。
那些我們所見到 不同的粒子
來自弦的振動;
而那些我們沒辦法解釋的形態
則來自於 弦可以探測並感知
那些內在維度 的這項事實。
所以,其中一樣就是
我們可以驗證它嗎?
這是一個可愛的想法, 因為我們是做科學的,
我們要如何用實際的實驗及觀測
來證實它?
這是個困難。
我們認為要探測到
能夠看見弦 那麼小的尺度,
所需要的能量
比近期內我們期望得到的 能量都還高。
但我們可以做的是 我們可以找看看
這些隱藏結構所造成的結果,
我們可以找看看它們在 我們觀測得到的物理現象中
是什麼樣子。
所以這是為什麼 我們會研究
暗物質、
黑洞、
暗能量,
而我們也在觀察 早期宇宙的殘留物,
就是宇宙背景發出的 宇宙微波。
而很重要的是,我們從
各種粒子物理實驗中 在找線索,
像是 LHC。
最後讓我告訴你們
一件最近發生的事。
弦理論可能會變得
對其它物理領域有用處。
有新的實驗正在展開,
比如說,我們的朋友電子
被證實在某些環境下
會以一種全新、
且怪異的行為,
相互作用。
有些模型說明
弦理論是最好的描述方法。
在一些環境下,
用弦理論的法則,
你可以解釋這類的行為。
所以這給我們一次很好的機會,
我們可以用些種電子
做一些實際的實驗,
這會幫助我們建構
那些弦理論的法則。
而你也許會說:
「好吧,這會給我們
一些可能比較新潮的電子學
來製造比較好的手機。」
但是,我想說的是,
這些法則可能正是
那些我們正在尋找
來看看弦論是否能解決大問題 的那些法則。
所以,最後
我們正在尋找的 宇宙隱藏結構
可能有一天 就在不遠處。
謝謝。