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我是真的爱你-物理学界的大一统?几分钟带你了解前沿理论——弦理论

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弦理论是一种前沿思想,它认为所有的基本粒子实际上都是弦的微小振动环。

弦理论尝试将20世纪物理学的两大支柱——量子力学和阿尔伯特爱因斯坦的相对论——与一个能够解释所有物理现实的包罗万象的框架结合起来。它假设粒子实际上是一维的、弦一样的实体,它们的振动决定了粒子的性质,比如它们的质量和电荷。

根据牛津大学(Universit我是真的爱你-物理学界的大一统?几分钟带你了解前沿理论——弦理论y of Oxford)和英国皇家学会(British Royal Soci鱼香茄子的做法ety)共同创建的一个关于弦理论的网站,这个违反直觉的想法最早出现在上世纪六七十年代,当时人们用弦来模拟欧洲亚原子对撞机的数据。弦提供了一个描述强相互作用力的优雅的数学方式,强相互作用力是宇宙中四个基本的相互作用力(即强相互作用力,弱相互作用力,电磁相互作用力,万有引力)之一,可以将原子核聚集在一起。

多年来,这个话题一直处于边缘地位,直到1984年“弦理论革命”,根据剑桥大学的说法,理论家迈克尔格林和约翰施瓦兹提出了一个方程式,该方程式说明了弦如何避免某些不一致的问题,这些问题困扰着将粒子描述为点状物体的模型。

但是,第一次真正的重大成果是五个不同理论,这些理论解释了一维弦如何在十维的现实中振荡。第二次改革是在1995年,物理学家证明了这些不同的想法都是相关的,并且可以与另一种叫做超重力的理论相结合。这种方法产生了目前的弦我是真的爱你-物理学界的大一统?几分钟带你了解前沿理论——弦理论理论。

解开谜题

弦理论作为一个适用于万物的理论被提出,这是一个描述所有已知微粒和力的模型,并有可能取代物理学标准模型,标准模型可以解释除了重力以外的一切。很多科学家相信弦理论,因为它具有一种数学上的美感。弦理论的方程可以被称为优雅,其对物理世界的描述令人满意。

该理论通过一根特定的振动弦来解释引力,该弦的特性与假想的引力子(一种携带引力的量子力学粒子)的特性相一致。奇怪的是,这个理论需我是真的爱你-物理学界的大一统?几分钟带你了解前沿理论——弦理论要十一个维度才能运作——而不是我们通常所熟知的三个空间和一个时间维度——这并没有阻止支持它的物理学家。他们简单地描述了额外的维度是如何全部蜷缩在一个极其微小的空间里的,大约是10^-33厘米,小到我们通常无法探测到它们,NASA称。研究人员已经运用弦理论尝试回答了关于宇宙的基本问题,如黑洞里发生了什么,并模拟尝试模拟宇宙大爆炸的过程。一些科学家甚至试图利用弦理论来研究暗能量,即加速空间和时间膨胀的神秘力量。

永无止境的追求

但是弦理论最近受到了更严格的审视。它的大多数预测在现在技术条件下无法测试,并且很多研究人员想知道他们是否掉进了一个永无止境的兔子洞。2011年,物理学家们聚集在美国自然历史博物馆(the American Museum of Natural History )参加第11届年度艾萨克阿西莫夫纪念辩论(the 11th annual Isaac Asimov Memorial Debate),讨论将弦理论作为对现实的可行描述是否有意义。“你是在追鬼魂,还是你这群人太蠢了搞不明白?”博物馆海登天文馆馆长尼尔德格拉斯泰森(Neil Degrasse Tyson)开玩笑说,他指出,前几年弦理论的进展并不顺利。

弦理论最近的挑战是它的框架本身,这个框架假设了大量独特宇宙的存在,多达10^500(即1后面跟着500个0)。这种多元宇宙似乎提供了足够的可能性,如果研究人员探索它们,他们会遇到一个符合我们现实的版本。但是2018年,一篇颇有影响力的论文指出,在众多假设的宇宙中,没有一个看起来像我们的宇宙;具体来说,它们都缺乏我们目前所理解的对暗能量的描述。

弦理论家提出了一个似乎无穷无尽的数学结构,它们与观测没有已知的关系,”德国法兰克福高等研究所(Frankfurt Institute for Advanced Studies)的物理学家萨比娜霍森菲尔德(Sabine Hossenfelder)在之前接受《生活科学》(Live Science)采访时表示,她对弦理论持批评态度。

其他的研究人员坚持认为,弦理论总有一天会有结果。密歇根大学(University of Michigan)的物理学家戈登凯恩(Gordon Kane)在《今日物理》(Physics Today)杂志上撰文指出,大型强子对撞机目前正在进行升级,可能在不久的将来为弦理论提供证据。但该理论的最终命运至今仍然未知。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Adam Mann-__- livescience

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