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吉他可以弹奏出美妙的音乐,弦理论是否可以

来源:吉他 时间:2022/12/27

弦理论诞生于一种尝试,即更好地把握构成粒子物理“标准模式”的粒子集合的激增。标准模式反映了20世纪60年代和70年代这一时期的成果。当时,由于在对撞机试验和宇宙射线中发现的粒子越来越多,粒子公园似乎正在失控。

粒子大爆发,让科学家头疼的问题

在标准模式中,与物质相关的粒子有12种(六种夸克;轻子,其中包括电子、介子、T介子、三种中微子),外加五种玻色子、力的载体粒子(电磁力的光子,弱核力的W+、W-和Zo粒子,强核力的胶子)。然后就是一些奇怪的粒子,其中包括作为另一种玻色子的引力子,假定引力被量子化了;假定的希格斯粒子,被认为要为一些质量负责。接下来,所有与物质相关的粒子都有反物质粒子,使情况变得甚至更加令科学家头疼。

于是,尽管标准模式明显简单化了(因为很多为人熟知的粒子是由夸克构成的),但它仍然是一个复杂集合,登记的粒子约有30种。弦理论一举劈开了这种由一些丑陋的亲戚组成的复杂集合,只留下一种基本的组成部分。这听起来非常吸引人。情况怎样才能比那更简单呢?弦理论认为,那些粒子中的每一种都并非它貌似的东西,只不过是看待一种更基本的实体的一种不同方式。每种粒子都隐藏着一种变色龙似的物体,这种物体设法留下了一种印象,即它是经由它移动的路线的别的一切东西。这种物体被称作弦。

弦理论预言的高维度空间

这不是字面意义、客观存在的弦,而是一种贯穿其不同振动的一维物体,既是闭合的圈又是开放的弦,产生了不同的粒子,数学家和数学物理学家喜欢他们的数学中的“优雅”和“美”。正如通过不同的振动方式一把小提琴或吉他上的弦可以产生不同的音调,粒子弦可以通过不同的振动方式产生不同的粒子。这种优雅的简单性的代价是双重的。首先,支撑它的数学极其复杂。其次,只有存在9种空间维度,再加上时间,它才管用。这9种维度呈现的不只是怎样设想这么多维度的问题,它们还导致了弦理论痴迷者面临的最大问题,由此也产生了一套丰富的解答。

说真的,“丰富”都不足以形容它。此外,正如物理学家马丁·波乔瓦尔德所指出的那样,弦理论其实是一种不折不扣的万物理论,因为万物(和任何物)都可以在它里面发生。弦理论也许显然是错的,因为不存在9种空间维度。按照弦理论,除了我们熟悉的三种维度,我们还可以预计与上述三种维度都成直角的第四种维度,与以前四种维度成直角的第五种维度,等等。弦理论家承认,除了那三种维度,我们再也看不见其他维度。但是,他们通过暗示解释,其他空间维度蜷缩得太小了,我们无法发现它。

无法被现实检验的理论

与亿万解答完全不同的是,弦理论有五个主要变体。这些变体至少已经被合并成了一种名为M理论的单一方法(根据那些牵扯其中的人的观点,没人能够完全确定M代表什么)。与合并的各种弦理论相比,M理论绘制了一幅甚至更为丰富的图画。为了完整地描述现实,它需要10种空间维度。在其11种维度的时空视野中,基本单位是膜。膜可以像弦那样拥有一维的形式,但也可以拥有很多维度。

在M理论中,我们的宇宙是一个三维的膜,漂浮在十维的空间里。这个十维空间引发了一些关于作为整体的宇宙的有趣的、可能的理论。就像弦理论那样,M理论提供了大量的解答,却没有可以检验的预言。正如英国物理学家保罗·戴维斯(PauDavies)所评价的那样“(复杂性和缺少预言)没有给弦/M理论家留下多少现实检验”。

总结一下:这一事业究竟会止于何处,全凭小伙伴们猜了。也许弦/M理论家的确偶然发现了科学的圣杯。如果真是那样的话,那我们就真的接近上帝了。亦或许,他们全都迷失在了乌有之乡”

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