理论教育 弦理论:迎接宇宙运行的新视角

弦理论:迎接宇宙运行的新视角

时间:2023-07-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:于是,许多物理学家就认为,或许需要一种基于量子物理学的新理论来解释引力。他将这个理论称为“M理论”。如果该理论是正确的,那么已知的全体基本粒子肯定都有对应的“超伴子”。参考阅读//No. 56 牛顿万有引力定律,第116页想充分理解弦理论会面对知识上的大挑战,因为它宣称宇宙有十个维度,而非我们所熟悉的三个维度。因为这个理论可以从量子物理学的角度为解释宇宙运行的方式提供一个完整的方案,所以这种复杂性是有价值的。

弦理论:迎接宇宙运行的新视角

是真正可以解释一切的理论吗

标准模型(第178页)运用量子物理学,在基本层面上为可见宇宙的运行方式提供了一个几近完美的解释方案。然而,当面对人们最为熟悉的物理力之一即引力的时候,这套方案却不管用了。

引力是宇宙的基本力中最先被详尽研究的力。在亚原子层面上,引力较弱,且它的运行方式还是一个谜。大体上,它的表现方式可能和其他的基本力类似,也就是说,它会通过某种特殊的亚原子粒子(引力子)在物体之间传递。然而,物理学家们还未找到引力子存在的有力证据。于是,许多物理学家就认为,或许需要一种基于量子物理学的新理论来解释引力。弦理论就是其中一个新理论。

弦理论在20世纪后半叶逐渐创立起来。按该理论的构想,电子夸克之类的基本粒子(参考阅读:夸克模型,第176页)实际上都是振动着的一维丝状体,看起来就像一根根超级短的弦。

然而,弦理论是一个复杂的理论框架,只有在物理学家们假设已知的三维世界外还有许多更高维度的空间存在的情况下,它才能在数学上一致。因此,弦理论从概念上就非常不容易理解。但它似乎的确从量子物理学的角度为解释引力提供了一个方案:其中一种弦振动的方式赋予了弦许多特征,而这些特征正是那些难以捉摸的引力子的预期特征。即便如此,针对“某些版本的弦理论是否真的可以解释一切事物”这一问题,学界仍然没有达成共识,各位物理学家仍然任重道远。

物理学家们利用领域外的代数几何学来研究弦理论的多个维度。(www.daowen.com)

弦理论自诞生之后,经历了多年的修正和补充,到20世纪90年代时已经拥有了多个不同的版本。1995年,爱德华·威滕找到一种方式证明了这些不同版本的弦理论实际上都是某个包罗万象的理论的一部分。他将这个理论称为“M理论”。如果该理论是正确的,那么已知的全体基本粒子肯定都有对应的“超伴子”。这种“超伴子”从根本上表明了宇宙中还存在着另一种尚未被发现的基本粒子。然而,直到2017年下半年,学界也还没有发现“超伴子”存在的迹象。也许我们需要重新思考一下M理论了。

参考阅读//

No. 56 牛顿万有引力定律,第116页

想充分理解弦理论会面对知识上的大挑战,因为它宣称宇宙有十个维度,而非我们所熟悉的三个维度。

因为这个理论可以从量子物理学的角度为解释宇宙运行的方式提供一个完整的方案,所以这种复杂性是有价值的。

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