物理的趣味,关于电磁

从某种意义上说,物理课程的学习与物理学自身的发展具有惊人的一致性。

那是1955年4月17日,一个星期日的下午,爱因斯坦从病榻上坐起来,开始了他一生的最后一次计算。他以自己特有的干净利落的笔记,写下了一行行算丝。在整理了一些数字之后,他休息了。几个小时之后,20世纪一位伟大的物理学家去世了。病床旁边放着他最后的也是失败的一项努力的记录:他要创造一个“统一场理论”,以便对宇宙中已知的几种相互作用做出一统一的解释。


爱因斯坦的研究溯源于19世纪中前期法拉第和麦克斯韦的工作。当奥斯特发现电流产生磁场的现象后,法拉利想知道相反的情况是否能发生——磁能产生电吗?

在失败了多次之后,他取得了成功,揭示了自然界一个具有深远意义的奥秘——尽管表面现象不同,但是电荷池仅仅是同一个基本现象的不同方面。这项人们暗示宇宙中的事物具有某种基本的统一性。


虽然法拉利以及高超的实验技能撇见这总统一性,但他缺乏阐述这一辉煌成果所需的数字工具。麦克斯韦用数字语言成功的把法拉利的发现纳入一个完美的框架,阐明了电与磁实质上的统一性。

然而,他们没有考虑一个明显的问题,那就是宇宙的这种统一性是否包括人们最熟悉的引力呢?这正是爱因斯坦智慧的触角指向的地方。许是这个问题太多的超越了科学的年轮,爱因斯坦穷30多年之力,却只能遗憾的把这一科学重任留给后人。


在爱因斯坦忙于构建自己的统一场理论的同时,人们发现了另外两种基本的力——凝聚原子核的强相互作用力和造成放射现象的弱相互作用力。从20世纪50年代开始,物理学家的注意力转向了电磁力与弱相互作用力的统一。到60年代末,温伯格、格拉肖和萨拉姆分别在理论上表明,这两种力仅仅是同一种力的不同方面,由此预言的一些现象在70年代被实验证实。这让他们共同获得了1979年诺贝尔物理学奖。

70年代前期,格拉肖还提出了把电磁力、弱作用力和强作用力统一起来的数学公式,并称为“大统一场理论”,但他的预言证实起来确有困难。

1984年,斯瓦茨和格林等人终于宣布,够把最后的局外者——引力和其他的力统一起来。条件是不再把粒子看做点状物,而是看作称为“超弦”的极小物体,他们像一些琴弦,存在于10维的时空之中。


尽管这是一项重大的进展,但超弦理论似乎仅仅是某种更加根本的东西的一个影子。1995年,威腾把这个东西找到了,并称他为M理论,或者说是膜理论。以往的超弦仅仅成为11维的膜的边缘而已,这11维时空中除了4维之外全部卷曲起来,以致我们无法看到。

这就是爱因斯坦追求的目标吗?他可以通过实验验证吗?除了4维之外的其他维度如是如何卷曲的,以致我们看不见?尚存的其他许多为的谜底在哪里?

M除了表示Membrace(膜)以外,还可以表示Mother(母亲),也可以代表Mystery(神秘的东西),还可以代表Magica(魔术),那么他到底代表的是什么呢?

科学是人类物质文明和精神文明进步的伟大阶梯,他也映射出一个民族和国家发展壮大的坚实脚步。

声明:本文摘于物理教材书

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