[科普貼]什么是卡拉比丘?以及為什么游戲叫卡拉彼丘?游戲中哪些東西與物理有關(guān)?
? ? ? ?前排提示:本貼屬于硬核科普,但不會(huì)出現(xiàn)任何公式,本人雖是物理相關(guān)專業(yè),但沒(méi)有研究該方向,只是出于好奇并且感興趣進(jìn)行科普,為了科普的嚴(yán)謹(jǐn)性我看了大量科普以及查閱資料,再加上我個(gè)人的理解進(jìn)行總結(jié),因此科普中如果出現(xiàn)錯(cuò)誤或有不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤綒g迎大佬指正。


? ? ? ?首先需要簡(jiǎn)單介紹一下現(xiàn)代理論物理背景。眾所周知,現(xiàn)代物理學(xué)中有兩個(gè)非常成功的重要理論:量子力學(xué)和廣義相對(duì)論。前者描述微觀粒子運(yùn)動(dòng),后者闡述宏觀引力現(xiàn)象,兩個(gè)理論不僅被許多實(shí)驗(yàn)強(qiáng)有力地證明了其正確性,并且還在我們?nèi)粘I钜约翱萍架娛轮杏蟹浅V匾膽?yīng)用。但是這兩個(gè)理論在現(xiàn)有的物理框架下是相沖突的,并且存在著嚴(yán)重的矛盾。宇宙中有四大基本力:引力,電磁力,強(qiáng)相互作用力,弱相互作用力。在量子領(lǐng)域,科學(xué)家們提出了[標(biāo)準(zhǔn)模型],標(biāo)準(zhǔn)模型不僅可以完美的解釋電磁力、強(qiáng)相互作用力和弱相互作用力是如何形成的,還將這三種力統(tǒng)一了起來(lái),即三種力可以用同一種數(shù)學(xué)模型來(lái)描述。而愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論則完美的描述了物質(zhì)間的引力相互作用。但科學(xué)家們?cè)诹孔宇I(lǐng)域無(wú)法解釋引力,而在黑洞這種極端天體內(nèi)部有些量子理論卻失效了。于是科學(xué)家們?cè)噲D尋求一種“宇宙終極理論”,即創(chuàng)建一套萬(wàn)有理論(或叫做大統(tǒng)一理論),宇宙中一切現(xiàn)象都可以用這個(gè)理論來(lái)解釋,并把量子力學(xué)和廣義相對(duì)論統(tǒng)一起來(lái),這也是愛(ài)因斯坦在逝世前一直在研究的工作。
? ? ? ?關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)模型這里有兩個(gè)更詳細(xì)的科普視頻,科普質(zhì)量很高,推薦大家觀看,配合下面的科普視頻觀看效果更佳。



? ? ? ?為了統(tǒng)一量子力學(xué)和廣義相對(duì)論,弦理論橫空出世,弦理論認(rèn)為宇宙中的所有粒子都是由很小很小的線狀的“弦”構(gòu)成的,包括有端點(diǎn)的“開(kāi)弦”和圈狀的“閉弦”,弦的不同振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)就產(chǎn)生出各種不同的基本粒子。最初提出的弦理論有很多問(wèn)題,但經(jīng)過(guò)科學(xué)家們改進(jìn)后,弦理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)需要適用于10維時(shí)空的宇宙,而我們生活的宇宙只有4維時(shí)空(注意是時(shí)空不是空間,即三維空間+一維時(shí)間),那剩下6個(gè)維度去哪了呢?于是有兩種觀點(diǎn),一是膜宇宙學(xué),認(rèn)為我們的宇宙只是一個(gè)更大的9維空間的3維切片,整個(gè)宇宙就像一張膜一樣;二是超弦理論,基于弦理論的進(jìn)一步改進(jìn),認(rèn)為剩下六個(gè)維度蜷縮在非常非常小的微觀空間里,弦在這個(gè)空間里有著多樣的震動(dòng)模式進(jìn)而形成不同的粒子,而這個(gè)蜷縮在非常非常小的微觀里的六維空間就叫做卡拉比丘空間。

? ? ? ?要注意的是,弦理論目前仍然只是一個(gè)理論,現(xiàn)在的人類還沒(méi)有能力證實(shí)該理論是否完全正確,但弦理論卻是人類目前最有可能成功的萬(wàn)有理論(大統(tǒng)一理論),并且弦理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)都十分合理,不僅能統(tǒng)一量子力學(xué)和廣義相對(duì)論,還能解釋暗物質(zhì)、黑洞信息悖論等人類物理前沿謎題,甚至推動(dòng)了數(shù)學(xué)的發(fā)展。
? ? ? ?關(guān)于弦理論這里有一個(gè)更詳細(xì)的科普視頻,科普質(zhì)量極佳,相當(dāng)推薦觀看,配合上面的標(biāo)準(zhǔn)模型科普視頻觀看效果更佳。


? ? ? ?卡拉比丘空間簡(jiǎn)稱“卡-丘”空間,全稱卡拉比—丘成桐空間,其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)由意大利數(shù)學(xué)家卡拉比提出,由美籍華裔數(shù)學(xué)家丘成桐證明,這個(gè)理論是科學(xué)家在數(shù)學(xué)上計(jì)算出來(lái)的,有六個(gè)維度,沒(méi)有辦法用儀器進(jìn)行觀測(cè)。

? ? ? ?1954年在國(guó)際數(shù)學(xué)家大會(huì)上,卡拉比提出了一個(gè)猜想,預(yù)言有這么一類緊縮的空間結(jié)構(gòu)存在,當(dāng)時(shí)大家都覺(jué)得這個(gè)猜想肯定是錯(cuò)的,且由于證明十分困難,又沒(méi)有人能給出反證。丘成桐只有21歲時(shí)就開(kāi)始思索這個(gè)久攻不克的大難題,他在研究上花了兩年工夫,想證明它是錯(cuò)的,他甚至在一個(gè)很大的國(guó)際會(huì)議里面宣布找到一個(gè)反例證明這個(gè)是錯(cuò)的,聽(tīng)的數(shù)學(xué)家也認(rèn)為很有道理,于是大家都認(rèn)為卡拉比猜想是錯(cuò)的。兩個(gè)月以后,卡拉比得知此事,讓丘成桐將證明重新再講一遍。這讓丘成桐不得不重新考慮這個(gè)問(wèn)題,這時(shí)他發(fā)現(xiàn)自己的推論是有漏洞的。在講給卡拉比聽(tīng)以前,丘成桐兩個(gè)星期沒(méi)有睡覺(jué),想彌補(bǔ)這個(gè)漏洞,結(jié)果他發(fā)現(xiàn),沒(méi)辦法彌補(bǔ)。這下,他只好承認(rèn)錯(cuò)誤,于是寫(xiě)信給卡拉比,決定反過(guò)來(lái),將全部時(shí)間用來(lái)想證明它。這個(gè)決定讓他花了四年工夫,1976年底,他用強(qiáng)有力的證明,終于解決了這一問(wèn)題。

? ? ? ?科學(xué)家們已經(jīng)構(gòu)建出了許多卡拉比丘空間的形狀,然而沒(méi)有一種形狀可以讓所有科學(xué)家都滿意,下圖是科學(xué)家們構(gòu)想出來(lái)的一些形狀,可以看出游戲卡拉彼丘的圖標(biāo)顯然是參考了這些空間的構(gòu)型而設(shè)計(jì)的。





? ? ? ?游戲?yàn)槭裁匆郧敖锌ɡ惹?,之后又改名叫卡拉彼丘了呢?傳言有好多說(shuō)法,有人說(shuō)有其他公司注冊(cè)了商標(biāo)于是換了一個(gè),有人說(shuō)是為了避諱佛教里“比丘”一詞而改的,也有其他的說(shuō)法,但我認(rèn)為最有可能是因?yàn)樵Q與專業(yè)名詞一樣導(dǎo)致過(guò)不了審,因此重新?lián)Q了一個(gè)。



? ? ? ?游戲內(nèi)的皮膚抽卡被稱作實(shí)驗(yàn),左邊黃球內(nèi)的是開(kāi)弦,右邊藍(lán)球內(nèi)的是閉弦(弦理論里的開(kāi)弦和閉弦),填入幾個(gè)就是抽幾抽,然后點(diǎn)擊開(kāi)始復(fù)現(xiàn)就是開(kāi)抽(開(kāi)始實(shí)驗(yàn)),之后就會(huì)出現(xiàn)一段抽卡動(dòng)畫(huà),這段動(dòng)畫(huà)很像粒子在粒子加速器中被加速的過(guò)程,其實(shí)就是粒子對(duì)撞實(shí)驗(yàn),最后抽完會(huì)顯示“實(shí)驗(yàn)結(jié)束”。


? ? ? ? 游戲內(nèi)排位的名稱不用多說(shuō),其實(shí)就是物質(zhì)從大到小排序,物質(zhì)→分子→原子→質(zhì)子→中子→電子→夸克→弦,中子和質(zhì)子大小差不多,但實(shí)際上中子的質(zhì)量比質(zhì)子略大,并且中子可以衰變成質(zhì)子和電子(中子其實(shí)應(yīng)該放在質(zhì)子前面?);電子和夸克都屬于基本粒子,相當(dāng)于同級(jí)別的,在量子場(chǎng)論中基本粒子被認(rèn)為是沒(méi)有體積的點(diǎn)粒子,沒(méi)有具體的尺寸或結(jié)構(gòu),小到這種程度通常都是用質(zhì)點(diǎn)和場(chǎng)來(lái)描述,而不再用體積,并且我也沒(méi)有查到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目淇撕碗娮拥拇笮?,以下只是我個(gè)人猜想:質(zhì)子比電子大1800多倍,而質(zhì)子則是由三個(gè)夸克組成的,并且夸克的質(zhì)量比電子大許多,從主觀上可能會(huì)認(rèn)為應(yīng)該是夸克比電子大(?)。


? ? ? ?這里需要提一下夸克禁閉,夸克禁閉是一種物理現(xiàn)象,表示的是夸克無(wú)法單獨(dú)存在,帶色荷的夸克被限制和其他夸克在一起組成一個(gè)粒子,使得總色荷為零。同時(shí)夸克之間的強(qiáng)相互作用力會(huì)隨著距離的增加而增加,因此不能發(fā)現(xiàn)單獨(dú)存在的夸克。

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