最新研究:物理學家離解開弦理論之謎,又更近了一步!

科羅拉多大學博爾德分校的一位物理學家研究表明,離解開一個醞釀了20年的弦理論難題又近了一步。物理學副教授保羅·羅瑪奇克(Paul Romatschke)設計了一套替代工具,以取代那些創造了弦理論四分之三困境的工具。弦理論是一個困擾科學家多年的數學難題,讓科學家無法充分理解和證明這個可能的“萬物理論”。雖然這些結果不一定適用於日常世界,但在發表在《物理評論快報》上的這些研究結果:

最新研究:物理學家離解開弦理論之謎,又更近了一步!

為我們理解和接近弦理論或量子場理論等物理學重要方面的高階方程式打開了大門。弦理論或量子場理論是物理學中的一套理論,描述了場的動力學,或滲透於萬物的物體。雖然能夠真正理解四分之三的含義是件好事,但這至少是一幅很有啟發性的畫面,所以即使這不是四分之三的解決方案,至少也是朝著解決這個問題邁出的一步,自20世紀60年代以來,科學家們一直對弦理論感到困惑。

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弦理論是一種現實的理論框架,包括微小、彎曲的一維(稱為弦)它們構成了萬物的結構。最初是作為一種廣泛的方法來研究基礎物理中的一些問題,後來被應用到從黑洞物理到核物理再到宇宙起源的各種主題中。但是,可以說,最大的突破之一是發現黑洞和物質大致是同一枚硬幣的兩面。這種所謂的“對偶性”允許物理學家將物質的性質(如壓力)對映到愛因斯坦廣義相對論中發現黑洞的性質,這將為更大的數學探索開啟弦理論大門。

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然而,這裡有一個巨大的洞穴——雖然物理學家認為它是可行的,但是沒有人能夠證明它。自從20年前發現這種對偶性以來,弦理論學家一直試圖用越來越複雜的方程來清除這個障礙。不過,每次他們比較這種對偶性時,都得到了完全相同的結果:兩者的強相互作用(或耦合)所產生的自由能(系統做功的能力),大約是弱耦合的四分之三。然而,Romatschke認為他可能最終找到了這個難題的答案——只需要改變維度。

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Romatschke在一個只有兩個維度的世界裡工作——如果你願意,可以稱之為“平地”。利用現有研究中的一些方程式,以及現代量子場論技術,透過強迫物質(在這種情況下是壓力)從零相互作用到無限相互作用來證明一種關係的存在。這項研究發現,無限耦合的壓力恰好是零耦合時的五分之四,這意味著在這個較小的維度上,不僅比之前發現有更強的聯絡,它還可能為解決這類難題提供一種標準的方法。

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Romatschke也表示這可能是由於維度的差異造成,但他仍然樂觀地認為它對量子場論的有用性,並解開了長期以來的弦理論之謎。這是基礎研究,物理學家們嘗試的大多數方法都不起作用,然而,如果有什麼東西至少有潛力發揮作用,那麼我認為我們應該去追求它。

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博科園|研究/來自:科羅拉多大學博爾德分校

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10。1103/PhysRevLett。122。231603

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