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普朗克不是普通的厲害 ─ 是極端的厲害﹝弦論三﹞
2009/08/07 16:50
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弦論裡的所謂「弦」,既是極之短小,不由任何東西所構成的一度物,又是可以振盪,自由進出宇宙十度空間的,古希臘哲人所謂「小到不能再小,完全無法切割」的,名之為「原子」的那個東西。可以說,「弦」,就是真正的、最後的原子。“This is the end of the line”,再追問下去就無意義。

任何粒子皆是一個弦,所有的弦都完全相同。這個弦的振盪模式決定它最後成為什麼粒子。這是弦論的基本假設。

一個弦可以成為任何粒子,包括帶力的媒介粒子。它將帶弱力、強力、或電磁力,完全取決於它的振盪模式。弦的振盪模式不但決定它的質量、電荷、色荷,還決定它是否成為力的媒介粒子,或任何其他構成物質的粒子譬如電子、光子或上、下、頂、底、魅、惑夸克等等。

弦,甚至可以成為「重力子」─ 質量為零的萬有引力媒介粒子。萬有引力無所不在,人類至今卻仍無法捕捉到一顆傳遞萬有引力的重力子。重力子在弦論裡不過是一種「以特殊型態振盪的,此外與其他弦完全相同的」諸弦之一。1974年間,薛克與西瓦茲研究發現,弦的某種振盪方式使它的性質與重力子完全相同。因此,弦論得以涵蓋重力論述便不令人意外。事實上,弦論之涵蓋重力論述,應該、必須、也自然,可說涵蓋得天衣無縫、水到渠成。

弦,也有如琴弦一般的張力﹝tension﹞,或說剛性也可以。薛克與西瓦茲發現重力弦後,便著手計算這種弦的張力。那時學界已經知道,一個弦傳遞的力─在此為重力,與它的張力─剛性─成反比。既然重力是宇宙間最弱的力,重力弦的張力或剛性必定極為強大。最後發現它的數值是1000000000000000000000000000000000000000噸,或一千兆兆兆噸,也叫「普朗克張力」。我們現在都很習慣了,只要扯上普朗克,就必定是個天文數字。

大家都知道東西越短小就越硬,像筷子、球杆都是。這普朗克張力數值之大,也解釋了弦為何如此極度短小 ─ 約為0.000000000000000000000000000000001公分。當然,這麼小的數字一定也非得叫做「普朗克長度」不可。

越硬的東西須要越大的力氣 ─ 能量,才能「彈」得動。彈鋼琴弦和彈小提琴弦要用的力就不一樣。要「彈」弦論那麼剛硬的弦當然須要極之巨大的能。能量即物質,是物質就有質量。根據量子論,能量不是「綿延無盡」像流水、空氣、時間那樣,而是一顆顆、一粒粒,像玻璃珠、藥丸那樣的﹝所以叫「量子」論﹞。使弦振動的能量,轉換成質量的話,是非常巨大的。這質量是所謂「普朗克質量」﹝代表某能量值 ─ 又是普朗克!﹞的1、2、3‧‧等正整數倍。

普朗克質量約與一顆微塵、或一百萬個細菌加起來相當,就基本粒子而言,這已經是天文數字般的質量。它的數值相當於10000000000000000000顆質子。

問題來了。普朗克質量,或一兆兆顆質子的質量,的1、2、3‧‧等正整數倍,如何而可能是強、重費米子如質子、中子,輕費米子如電子、微中子等的質量,更遑論零質量規範玻色子的重力子?一兆兆顆質子當然不等於一顆質子,對吧?

量子論說,任何東西都有「量子悸動﹝quantum jitter﹞」,弦自然也有。可異的是,與弦的量子悸動相關連的能量為負值,這負能量與前述振盪能量會互相抵消,最後的剩餘能量有多少,形成的粒子質量就有多少。就重力子或光子而言,此正負抵消是恰好100%,也就是說,剩餘能量 ─ 亦即質量 ─ 為零。

弦論發現重力子質量為零也與事實相符。重力以光速傳遞,重力子也必須一如光子質量為零。

重力的速度是光速,遲至一九八零年代才得到證明。這意味著,如果太陽現在忽然消失,八分十九秒後我們才會失去光明,同一瞬間地球將沿軌道切線方向筆直往外太空飛去。太陽系的行星們一個個都會如此,只是時間不一。依順序是水、金、地、火、木、土、天、海、冥。


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12樓. jack
2017/05/20 00:03
我是11樓謝謝你,很喜歡你的文章
11樓. jack
2017/05/19 02:28
不好意思最近才對此理論感興趣  請問為何重力是所有力中最小的呢

其實是有一種所謂「弱版人擇原理」可以解釋:如果重力不是四力中之最弱並具備它的現值(毫釐不差),我們的宇宙將不可能存在(這倒真確),因此就不會有星球、人類存在,並在 UDN 提出這個問題。

不開玩笑,這解釋不管多荒謬到底佔一席之地,叫 anthropic principle(有強弱之分,強的更荒謬)。我個人覺得難以接受,不過在多重宇宙論的前提(假設)下這種解釋極可能 valid。

GolfNut — 無心的邂逅2017/05/19 17:07回覆
對不起不知道,只是剛好?就好像問爲什麼四弟在家排行老四,勉強要講只能說因爲他年紀最小。 GolfNut — 無心的邂逅2017/05/19 15:55回覆
10樓. Hawke
2011/07/30 12:49
...續前

呵呵,不好意思, "絕對時間" 的定義就是在完全靜止且不受任何重力影響下的時間,
當然就如同 PV=nRT 一樣,實際狀況下 PV 永遠不會等於 nRT...

而唯心與唯物,我也只是照一般的定義來使用而已,對宇宙自然界並沒有這樣的差別,
就如同 Realize 的定義,依照不同物種的 SensorFeeling 也有所差異...

一如歐基理德直線、平面,你可以想像某種“絕對時間”,可是實質上無意義。時間不是一種數學,和直線、平面不同。據我所知,沒有所謂絕對時間這回事。
第二行以後恕我不知所云。
我不噗我自己無法解釋的東西,也不講一般人可能看不懂的事物。歡迎你闡明自己的思想,可是最好弄到“老嫗皆懂”。
是有“唯心”這麼回事,可是無意義。只要不“入侵”到真實世界,我對唯心毫無所謂。 GolfNut — 無心的邂逅2011/08/01 04:58回覆
9樓. Hawke
2011/07/20 12:48
請教2...續前
若只是針對我們這個宇宙,我個人認為時間並不難理解...

1. 真正的自然界沒有時間這個 Property,那是種"相對感覺"。

2. 從 BigBang 開始,一切事物以光速行進,而隨著基本粒子的不斷變化與對週遭影響,而形成所謂
    "時間"的感覺,也就是我們這個宇宙的"絕對時間"。

3. 受到重力或加速度的影響,"絕對時間"會因為所在地點的不同而形成所謂的"環境時間"。

人類需要"時間"來定義並描述各種事物的變化並維持社會與生活的秩序性,所以長期下來很自然
的將"時間"誤認為是宇宙自然的一部分,其實不然,那是被"感覺"定義出來的,也就是說"時間"並
沒有那麼大的意義與價值去詳細研究與討論(我個人認為)。

我對時間的興趣在於從外部(不存在時間的角度)來看這個宇宙是否為時空連續體,或是單一時空體? 
依照我個人思考的架構,似乎前者並不存在,反而是存在著其他宇宙或平行宇宙,如此像回到未來電影
那樣的時光機器是不可能的...呵呵。
"絕對時間"會因為所在地點的不同而形成所謂的"環境時間"。

難就難在這裡:時間不僅只是人類的相對感覺,宇宙沒有人還是有時間這碼事。還有"環境時間"種種不一也不是人的錯覺,而是確實不同。

再者,好像不可能有“絕對時間”這回事。時間和空間受重力影響而“變形”,而宇宙無處不有重力,因此無從絕對起。
GolfNut — 無心的邂逅2011/07/21 02:53回覆
8樓. Hawke
2011/07/20 12:45
請教2...
非常謝謝你的回覆與說明,我相信有不少人與你一樣,對這些東東只是在興趣的層面,
但肯定都期望有更大的企圖心...實現,
問題在於 How? 其實在許多方面,這個答案並沒有
想像中的困難,在於絕大多數人的思想與觀念都是 base on 過去數百年人類的文明基礎上
,特別是 18 世紀後的所謂西方科技文明,任何文明都肯定有其優缺點,目前的人類科技文明
當然也不例外,特別是目前地球的文明仍屬於智慧文明的早期階段(我個人很客觀的認為),
所以對於宇宙大自然仍存在著太多的未知,甚至是無知....再加上西方科技太偏唯物論,在
如此的環境條件與教育下產生的思考,當然很難跳脫這個框架...

我在 15 歲時就試圖看廣義相對論與時間,空間,重力...的書,當然那時只能努力看懂很小的一部分,
直到最近看了你的文章才真正 Realize and build the real architecture of Time and Space about this branch
 Universe,不過其中有關 "時間" 的真正的本質(這必須從外部來看我們這個宇宙才行)我還無法想
出來,故請教你,希望從中略知一二...


時間的本質要理解很難,想證明更難,目前一般學界的想法是時間不外於宇宙,始自於 big bang,空間也一樣。除非另有證據,要跳脫這種認定非常困難。
就目前已知已證的知識而言,宇宙沒有“從前”,也沒有“外面”,這是人類唯一能確定的事實。數學上當然可以千變萬化,但那只能算是抽象的臆想。若要與現實世界產生某種 correspondence,就必須有實質證據,那就是物理的範疇。
唯心方面的東西我不太有興趣,因為不切實際,之於我而言幾近無意義,想了半天也是白想,說了半天等於白說。唯心通常抽象,抽象未必唯心。數學就很抽象,可一點也不唯心。
GolfNut — 無心的邂逅2011/07/21 02:45回覆
7樓. Hawke
2011/07/19 11:23
請教

其實我對這些東東不只是興趣而已,最後是要實現並應用它們,也有幸可以有完全的時間做研究
,不過在某些理論方面的 Architecture 上並不是很了解,所以我就直接請教你...Thanks a lot!!

在廣義相對論或量子力學(含 String Theory)中是否有描述多個時間軸(Timeline)或僅有
我們所 Realize 的這一個時間軸(Timeline)?

此問題應該等同於廣義相對論所描述的"所以物體都以光速在行進"所塑造出來的"絕對時間"
,是一個時空連續體或只有一個單一的時空體?

不敢。我跟你不一樣,只是興趣,沒有研究,僅能吸收別人的研究成果,對錯也無從分辨。我盡量做到不以對爲錯或以訛傳訛。

多軸或多度時間的概念我聽說過,也知道目前僅止於臆想或揣測,甚至連它的 implication 都還沒有一個完整的描寫。我不知廣義相對論或量子力學有否這方面的理論陳述。

其他種類的臆測還有:沒有所謂時間這回事,時間只是人自己的錯覺;時間之所以爲單向是緣由於熱力學第二定律:宇宙總熵值只增不減;時間是爲絕對,不啟始於宇宙大霹靂,而是亘古常存,無始無滅。

第一種我可以理解,但不以爲然。第二種我看是顛倒了,熱力學第二定律是緣由於時間之單向。第三種我無從置喙,看證據如何再說。

第一種:意味著宇宙無處不在分裂中,multi-verse 之總量無上限。這也可以,但截至目前爲止證據是零。

第二種:試想一個只有一顆電子的宇宙,它的“時間”你如何想?還有,在一個熵值恆減不增的宇宙裡,我們應該說人們是從未來活到過去呢,或是他們的未來時之總熵值恆小於過去時之總熵值?

第三種:強烈 imply multi-verse,非有不可,但反之卻並不一定:multi-verse 就一定得“時間是爲絕對,不啟始於宇宙大霹靂,而是亘古常存,無始無滅”嗎?我看不見得。 GolfNut — 無心的邂逅2011/07/20 04:55回覆
6樓. Hawke
2011/07/18 13:36
觀念...

不好意思,最近才看你的文章...

一說宇宙是個「膜」﹝brane﹞,重力子可以自由出入我們的「膜」。我曾試想其他膜對我們宇宙
可能有重力影響﹝因為他們吸納或釋出我們的重力子﹞,所以我們才有暗物質現象。可是至今未
見有此一說,所以我的想法可能有錯。

...你的想法沒錯,這是正確的, Dark MatterDrak Energy 是來自於主宇宙的東東,
所以在我們這個分支宇宙中很難理解,也很難偵測到(這也與科技水平有關),這也是廣義
相對論遇到黑洞就卡住的原因, 也是許多人在思考 What's before the BigBang? 沒有
正確答案的原因...

人真的是很聰明的,在想不出為何重力如此之弱,暗物質、暗能量作用如此之明顯又無跡可尋,會想像出三度空間以外的,我們時間以外的“總”宇宙來解釋。
也可能這些永遠只能是想像,無法證明。
但也可能終有一天科技進步到難以想像,世界又出了個不世奇材,宇宙奧秘得到終解。這也不是不可能的。
我常在想,若要問我此生何憾,我會說在我有生之年無能獲悉宇宙終極奧秘的正解,這是非常大的遺憾。試想今世之人誰不知人類早已登陸月球?有何稀奇可言?而古人卻無緣目睹此一世界大事,連皇帝也辦不到,不是非常可惜麼?
GolfNut — 無心的邂逅2011/07/19 00:14回覆
5樓. 盹龜雞~ 大梯田繡花球
2009/08/10 14:49
問問題

倒數第三  第四段說得太快了  :  請高老慢慢解釋

倒數第三段~  請介紹有哪些基本粒子 ?  重力子 (構成重力), 聲子 (取這名子 居然與聲音無關  ) , 光子(構成光 ?) , 玻色子 (偶數個自旋量子 ? )

費米子~ 分為有質量的基本粒子重費米子  和沒質量的輕費米子? )

量子悸動是指  激發弦 讓絃振盪的能量嗎 ?

基本粒子請參閱《http://blog.udn.com/GolfNut/2126764》。

輕重費米子我偷懶了。我的意思是,譬如電子,它是輕子(lepton)、也是費米子(fermion);中子是重子(baryon)、強子(hadron)、也是費米子(fermion)。

量子「悸動」﹝這兩字是我翻的,和"jitter"太配了,捨不得不用﹞就是悸動,跟據量子測不準原理任何粒子絕無可能完全靜止不動,所以悸動個不停。量子悸動產生負能量﹝數學上真的符號為負,如 -10﹞,它會抵消「絃振盪的能量」,所以我們才不至陷入自相矛盾的困境。

GolfNut — 無心的邂逅2009/08/11 01:50回覆
4樓. GolfNut — 無心的邂逅
2009/08/10 00:58
弱版人擇原理是這樣的

Roger Penrose 的解釋如下:

"The argument can be used to explain why the conditions happen to be just right for the existence of (intelligent) life on the earth at the present time. For if they were not just right, then we should not have found ourselves to be here now, but somewhere else, at some other appropriate time."

3樓. joycelinlin愷悅
2009/08/09 15:12
請教

就是止不住好奇呀,請教 Golf Nut:(如問得奇怪請不見笑)

1."弦的振盪模式",英文是什麼呢?和"頻率"(振動頻率)是不是同一意思呢?

2."重力子"質量為零,人類尚未能捕捉一顆;那麼,它的存在是數學計算出的,或兼推測出的呢?

3.物理學有沒有說其他七度空間與地球或人類生存有什麼關係呢?好像有說"重力"之所以這麼弱是多度空間並存之故。

Joyce,

振盪模式是“resonance vibration”, 基本上是一個數學式子;書本裡可以用圖解表達,部落格裡只能用文字敘述。妳可以把它想成「 一個東西振動的樣子」,像琴弦啊,鼓皮啊,機器啊之類的。

頻率只有一個意思,就是「每秒幾次」。它是一個正整數。一挺機關槍每秒射出十發子彈,我們可以說它的擊發頻率是十,意即每秒可以發射十顆子彈。一個瘧疾患者抖個不停,他每秒抖兩下,他的抖動頻率就是二,等等。

重力子的質量為零,它的質量是推算出來的,它的存在是預測的。它還有個性質叫自旋,是二,也已經確定。妳可以想成「轉兩圈就跟原來一樣」。這東西很難懂,因為我們都知道一個東西轉一圈一定跟原來一樣。量子世界,有些東西得轉兩圈才行。這還不希奇,還有轉半圈或一圈半就一樣的,那叫自旋為二分之一或二分之三。

物理有一說,那就是為什麼重力要和距離成平方反比。很多人不知「平方反比」是什麼意思。和距離成平方反比就是說,兩個東西距離3公尺,如果引力是8牛頓﹝牛頓是力的單位﹞,那麼距離6公尺,引力就是2牛頓。因為三的平方是九,六的平方是三十六,三十六是九的四倍,反比就是「你幾倍大我就幾倍小」,所以引力就變原來的成四倍小,也就是二牛頓。

宇宙如果事實上三度﹝其他度縮到不見﹞,引力如果與距離成一次方或三次方反比則星球很難固定在軌道上,行星很快就轉一轉掉進恆星裡燒掉或飛走。平方反比最穩定。當然可能有一方或三方反比的宇宙,可是它們的星球幾乎即生即滅,也不可能有人來向我們抱怨,對不對?

一說宇宙是個「膜」﹝brane﹞,重力子可以自由出入我們的「膜」。我曾試想其他膜對我們宇宙可能有重力影響﹝因為他們吸納或釋出我們的重力子﹞,所以我們才有暗物質現象。可是至今未見有此一說,所以我的想法可能有錯。一個人幾乎不可能有某種想法世上從無他人想過。

有一種原理叫「人擇原理」,意思就是:宇宙有人存在是事實,宇宙若有稍許不同人即不可能存在,這也是事實。沒有人的宇宙不可稱之為存在﹝否則是誰在說該宇宙存在?﹞,是以一個宇宙如果「要存在」必須有人。

我看得出來,妳的想法已經漸漸接近此處了。

GolfNut — 無心的邂逅2009/08/09 16:44回覆
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