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解讀神秘的弦理論,或許它真的就是最終的宇宙真理
2023/09/18

弦理論,你我可能都聽說過,但未必能夠理解弦理論。

事實上,不理解弦理論也正常,畢竟目前這個理論更多地只是一種假設,而且相對來講比較深奧,更重要的是,弦理論還有不同的分支,它并不是像相對論那樣只是一種特定的理論。


這里我盡可能地用最通俗的語言詮釋弦理論,或許不太嚴謹,但作為科普來講,通俗的語言更能讓人接受。

弦理論認為,組成宇宙的萬事萬物,都是由振動的弦組成的,這些弦有不同的振動頻率振動模式,正是這些不同形成了如今豐富多彩的世界。

振動的弦不僅僅組成了可見物質,還組成了我們肉眼看不見的一切,比如說能量,各種相互作用等等。


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更加奇妙的是,弦不僅僅在我們的三維空間振動,還在高維空間里振動。這意味著一直以來我們固有的三維空間概念很可能是錯誤的,更高的維度一直存在著。

但是更高的維度,與高溫度高能量一樣,都非常不穩定,就像不斷加氣的氣球一樣很容易發生膨脹爆炸。宇宙大爆炸就是這樣產生的。

大爆炸之后,溫度,能量還有維度開始分散開了,形成了如今我們所在的三維空間還有一維時間,而其他維度(還有六個維度)存在于非常微小的量子世界,大小通常都會小于普朗克長度。

隨著宇宙的冷卻,引力與其他自然力分裂開來,成為長程力。之后其他自然力也分開了,形成了如今的四種基本作用力。

這里有必要說一下愛因斯坦廣義相對論關于引力的詮釋。

我們都知道,物體質量越大,引力就越強。但事實上引力相對其他力是非常微弱的。比如說兩個人之間的引力是非常非常小的,只有大質量天體才有非常明顯的引力。

這里就帶來一個問題:如此微弱的引力為何能在巨觀世界起作用呢?


廣義相對論給出了答案。愛因斯坦認為,所謂的引力根本不存在,引力只是空間彎曲的表象,彎曲的空間讓萬事萬物感受到了所謂的引力。由于小質量物體(比如說你我)的質量太小了,對空間的影響幾乎為零,所以引力可以忽略不計。


廣義相對論完美地詮釋了引力的本質,但它并不能詮釋其他三種自然力:電磁力,強力和弱力。

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除引力之外的其他三種自然力需要用量子力學來詮釋。量子力學告訴我們,宇宙萬事萬物都是由基本粒子以及它們之間的相互作用形成的,由此科學家們提出了粒子標準模型,但是引力好像被排除在粒子模型之外,因為直到今天科學家仍舊沒有發現假設的引力子。

同時,廣義相對論和一個核心思想就是:空間是平滑的,但是在量子世界,空間一點也不平滑,到處充斥著劇烈運動的粒子。

近百年來,科學家們一直試圖統一廣義相對論和量子力學,但直到今天都沒有完成。


于是,弦理論應用而生,很好地解決了這個問題。不過任何理論都必須經得起考驗,更重要的是經得起驗證。遺憾的是,科學家很難通過實驗或者其他手段驗證弦理論正確與否!

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