因为物体在自转时,其转轴上有一个固定不动的中心点,电子既然是一个点状粒子,那它就不会有什么多余的“中心点”,它的自旋也就无从谈起。但科学家证实,电子仍然像地球那样,既公转,也自转,而且永远地以固定不变的速率旋转,这是电子自身固有的性质,称为“内禀自旋”。而且,所有的基本粒子都有与电子相同的自旋。
这些基本粒子性质各不相同的原因是什么?它们为什么在不停地自旋?这些不同的粒子还能不能找到更深层的、统一的内部结构?这些问题长期以来都在困绕着科学家们。 为何有四种力? 进一步的问题就是,这么多不同种类的粒子是如何联系在一起的?假如宇宙是由很多微小的、相互间没有关系的物质微粒组成的,它们中的任何一个都是像被“隔离”的,那么,在这样的一个宇宙中,就会既无恒星,又无行星和生命,只是一个寂寞的、完全没有事件发生的微粒集合。 幸运的是,事实并非如此,宇宙中存在着各种类型的力,是它们把散沙般的基本粒子结合在一起,组成了各种各样的物质,并安排了宇宙间的秩序。这些力从本质上都可归结为四种基本力:引力、电磁力、强力和弱力。
这四种力的来源是不一样的。引力源于物体质量的相互吸引,两个有质量的物体间就存在引力,物体的质量越大,引力就越大。电磁力是由粒子的电荷产生的,一个粒子可以带正电荷,或者带负电荷,同性电荷相斥,异性电荷相吸。如果一个粒子
不带电荷,则不受电磁力的影响,不会感受到排斥力和吸引力。强力主要是把夸克结合在一起的力,所以也叫核力。像电磁力一样,也起源于电荷,不过只是夸克间的电荷,物理学家称之为“颜色电荷”。弱力的作用是改变粒子而不对粒子产生推和拉的效应,像核聚变和核裂变这两个过程都是受弱力支配的。 这四种强弱悬殊、性质各异的基本力,完全控制了我们的宇宙。 现在问题又来了: 四种基本作用力的不同还导致了现代物理学两大支柱——相对论和量子理论——根深蒂固的矛盾。 爱因斯坦的广义相对论是关于引力的理论。我们前面说过,引力源于物体质量的相互吸引,物体的质量越大,引力越大。但为什么物体的质量会产生引力呢?引力为什么很微弱却又能在宏观范围内起作用呢?
比如说,两个人、两块大石头之间的引力几乎就是零,只有像太阳、地球、月亮这样宇宙中的星体,才有明显的引力作用。 爱因斯坦把这个疑惑给解开了,他给出了一个出人意料却又合乎情理的解答:空间本身是有形状的,当没有任何物质或能量存在时,空间应该是平直光滑的,当一个大质量物体进入空间后,平直的空间就发生了弯曲凹陷,这就像一条拉得很平很直的床单上,当放进一个保龄球时,床单就凹陷下去,所谓引力就是因为这样的空间弯曲而导致的。地球在绕着太阳的轨道上运行,是因为地球滚入了太阳周边弯曲空间的一道“沟谷”,这就是我们通常所说的太阳对地球的引力作用。两个人、两
块大石头之间的引力几乎不存在的原因就是,这么小的质量使空间的弯曲几乎为零。因此,普通物体之间的引力作用是可以忽略不计的。 在这里,引力变成了漂亮的几何图景,引力本身并不存在,它只是空间的几何形变所引起的明显结果。引力的本质就这样被广义相对论圆满地解释了。 但空间的几何形变却解释不了其他三种力,电磁力、强力和弱力似乎都无法通过空间的褶皱来实现。
然而,在微观世界里,空间根本就不是平滑的,而是有无数的粒子在剧烈且永不停息地喧嚣,广义相对论的核心原理——光滑的空间几何概念,在这里被破坏殆尽。 对另外三种力的解释需要量子理论来完成。量子理论研究微观世界里基本粒子的行为,在这个理论体系中,宇宙中所有的物质最终由数百种不同的基本粒子组成,由于质量小到几近于零,这些粒子的运动轨迹变化莫测,毫无规律可循。在这里,力是由粒子的交换而来的, 例如,电磁力是由光子交换而来,两个带电粒子间的相互作用实际上是光子在两个粒子间往来“出没”的结果,两个带电粒子通过交换小小的光子而相互影响,这个过程有点儿像两个溜冰的人在传球,通过传球,两个人的运动状态都在受到影响。其他两种力的相互作用也是如此。 但是,因空间弯曲所导致的引力是无法通过粒子交换而来的,而且,在微观世界里,粒子的自身质量不仅小到几乎没有,还总是在杂乱无章地运动,它们之间的引力从何谈起?因此,量子理论无法涵
盖引力。
广义相对论与量子理论不能统一,成为现代物理学最核心的灾难。人们很难相信,在宇宙的微观层面和宏观层面,居然不是一个统一连贯的整体,我们对宇宙最深处的认识居然是由两个分裂的理论拼接起来的。为了能让两个理论协调起来,物理学家做过大量的尝试,他们以这样那样的方法,要么修正广义相对论,要么修正量子理论。虽然一次次的努力都胆识惊人,但结果却一个跟着一个失败。 终于,弦理论（String Theory）来了。被称为最具权威的描述宇宙现象的理论。最有希望解答物理学中一切难题的理论。1974年美国Schwarz教授和法国物理学家Scherk提出。 粒子怎样变成弦? 一连串的疑惑不得不使科学家认真考虑:也许在基本粒子内部存在一种更深层的结构,这种结构尚未被我们所理解。 自20世纪60年代以来,在科学家孜孜不倦地努力下,一个新的理论逐渐浮出水面,这就是超弦理论。超弦理论认为,在每一个基本粒子内部,都有一根细细的线在振动,就像小提琴琴弦的振动一样,因此这根细细的线就被科学家形象地称为“弦”。 拨动吉他一根弦,你会听到一个音。拨动另一根弦,你会听到另一个不同的音调,因为不同的弦振动的模式不同。一个音乐家通过一个吉他的六弦合奏,使这些弦在不同频率振动,便可创造出无数美妙的音乐。像琴弦的不同振动模式弹出不同的乐音那样,粒子内部的弦也有不同的振动模式,只不过
这种弦的振动不是产生什么音乐,而是产生一个个粒子。不同粒子的性质由弦的不同振动行为来决定,电子是以某种方式振动的弦,上夸克又是以另一种方式振动的弦,如此等等。 弦与粒子质量的关联是很容易理解的。弦的振动越剧烈,粒子的能量就越大;振动越轻柔,粒子的能量就越小。
这也是我们熟悉的现象:当我们用力拨动琴弦时,振动会很剧烈;轻轻拨动它时,振动会很轻柔。而依据爱因斯坦的质能原理,能量和质量像一枚硬币的两面,是同一事物的不同表现:大能量意味着大质量,小能量意味着小质量。因此,振动较剧烈的粒子质量较大,反之,振动较轻柔的粒子则质量较小。 依照弦理论, 根本不存在粒子,只有弦在空间运动,每个基本粒子都由一根弦组成,而所有的弦都是绝对相同的。不同的基本粒子实际上是在相同的弦上弹奏着不同的“音调”。由无数这样振动着的弦组成的宇宙,就像一支伟大的交响曲。 所以，根本没有基本粒子，更没有物质存在，宇宙完全是振动而产生的。 这跟佛家讲的万法皆空，《金刚经》上所说的「凡所有相，皆是虚妄」、「一切有为法，如梦幻泡影」，那是不是这个情形？真的，物质不存在，物质是幻相。 佛告诉你，弦都没有了，心动！六祖大师当年到法性寺，就是现在的光孝寺，听印宗法师讲《涅槃经》。他看到有两个听众，外面风吹着幡，两个人在争论，一个人说，你看幡动；不是的，风动，那个讲幡动，他们两个在争论，争论不休。六祖走上前