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今天,我想通過普朗克時間和弦理論同大家談一談“科學的實質”。話不多說,讓我們開門見山:普朗克時間是什麼呢?它的定義是“光子走過自然界中的最小長度所用的時間。”也許大家見過這個公式:
式中:
有人問了,我們是怎麼得到這個普朗克時間的呢?為什麼沒有推導過程?
其實,對物理學有所造詣的人都知道利用量綱定義新的物理量(有點驕傲地說,筆者也會量綱分析),更何況是普朗克這樣的前輩呢?
普朗克長度又是什麼呢?它就是在普朗克時間的基礎上乘了個光速:
普朗克長度
那麼問題來了,為什麼“這個長度公式”一定得長上面那樣呢?我們甚至可以用各種量綱創造各種物理常量:比如溫伯格創造的這個等式:
H0為哈勃常數
可是這樣的“量綱公式”真的有意義嗎?
顯然,物理不能張口就來,沒有實際物理背景和意義的公式,就算量綱對了,寫出來也極可能是沒有任何價值的。于是我們說,普朗克用量綱推導出來的所謂“普朗克體積和普朗克時間”目前隻是推斷!隻是理論!隻是猜想!重要的事情說三遍。
首先,普朗克最小尺度是通過分析“量綱”得到的,對于這樣純理論的物理量,我們需要嚴謹地看待它,在沒有充分理論證據以及無法實驗的情況下,我們就不能輕易肯定它的對錯。
量子力學認為,時間也是一種“量子”
雖然目前人類最小直接觀測到了10^-17秒的時間間隔(阿秒),然而和理論上的普朗克時間依舊差了10^26個數量級,根據海森堡不确定原理,在這麼小的數量級上,測的時間越準确,光子位置的可觀測性下降就越厲害,,如果我們繼續測更小的時間間隔,會随着不确定度的增大而變得困難,對儀器精密程度的要求和實驗可信程度的要求也越來越高。
不确定方程
極短的時間間隔快照
關于這些最小單位的争議曾經還有過所謂的普朗克質量,如果說它是宇宙中最小的質量尺度,這個說法就明顯是錯誤的,這個所謂的“公式”隻是量綱的堆疊而已,我認為,它隻能被稱為符合量綱的數學等式:
為什麼呢?随便舉個例子,電子的質量
電子質量遠小于普朗克質量
普朗克質量明顯不是“最小質量”。
不過問題似乎還沒有完,還有一些不被主流科學界認可的說法(不一定就是錯的)。比如大理學院羅淩霄教授猜想“普朗克時間可以被認為是某種沒有内部結構的粒子處于靜止态的平均駐生時間,這種沒有結構的粒子可以被認為是一個非協同元态群,普朗克質量除以電子質量可以用來描述所謂的“極限駐生時間”。”不過筆者并不認可這一觀點。
同态群理論
普朗克時間和弦理論弦論假設了一切基本粒子隻是振動的弦。這些基本粒子的弦表征不同頻率下的振動狀态。而弦的長度應該就是普朗克長度的整數倍,以普朗克時間為周期,在普朗克頻率下振動。可是,弦理論算是科學嗎?
筆者認為,弦理論目前還不能進入真正科學的大門,在沒有實驗驗證之前,它隻能是猜想。
你反駁到:“弦理論不是僞科學,弦理論和數學有着十分緊密的聯系,能在理論物理和數論領域提供新的想法和機遇。同時它們能使得相對論和量子力學自洽以描述微觀尺度的量子場,還能用以描述接近普朗克尺度的物理行為。”
量子遂穿的需要的時間上限:1*10^-16秒
然而,沒有實驗驗證的理論,不管它如何在邏輯和形式上多麼合理,也就隻能稱為“合理的猜想”。
20年代物理學家集會探讨:弦理論是科學嗎?
與其說科學是嚴謹的,不如說科學是嚴苛的。諸如弦理論,普朗克尺度這些物理量,在沒有實驗證明之前,都隻能認為是“猜想。猜想會有機會成為真理嗎?有,前提是必須有實驗符合該猜想預期的結果。
卡文迪許扭稱實驗好改進版
“愛因斯坦當時獲諾貝爾獎也不是因為相對論,原因是進行相對論的實驗在當時的技術條件下不允許。愛因斯坦獲諾獎是因為他的光電效應和光量子實驗。
後來我們之所以認可相對論,是因為諸多實驗符合相對論預言的結果。我們在衛星上實際測到了鐘慢效應,實際探測到了引力波,實際拍出了黑洞照片,通過脈沖星的穩定旋轉推出萬有引力常數G不變等等.....(直到現在,我們還在對愛因斯坦的部分理論進行實驗驗證)
黑洞兼并:引力波發生
光量子實驗室
黑洞照片
筆者認為:科學的實質是客觀和實證。在不遠的未來,如果弦理論能做到實驗驗證,那麼我們就可以認可普朗克尺度為最小單位,反之,我認為,它隻能算是“相當合理的猜想”而已。
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