60年過去了!弦理論會成為人類未來的主導理論嗎?

弦理論的誕生解決了我們許多懸而未決的問題,但是弦理論本身卻是一個理論的存在。60年過去了,這一美麗的理論並沒有產生多少實質性的成果。

60年過去了!弦理論會成為人類未來的主導理論嗎?

為了能夠充分的理解弦理論在未來可能的發展,我們有必要了解一下這一神秘的理論。

弦理論有著悠久的歷史。從20世紀60年代開始,作為解釋強大核力量的一種嘗試,它現在已經發展成為一種萬物的候選理論:一個單一的統一框架,用於理解宇宙中和關於宇宙的所有事物。量子引力?弦理論。電子質量?弦理論。暗能量?弦理論。光速?弦理論。弦理論幾乎幾乎對它們一概而論,在弦理論中,微小的弦取代了傳統的亞原子粒子。

然而一個如此強大的理論60年來卻沒有結果,沒有成為最終的理論,沒有預測來檢驗真實宇宙中的實驗。那麼我們應該繼續堅持這個想法嗎?

對團結的追求

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弦理論在過去幾十年裡一直佔據著許多物理學家和數學家的核心理論,這與引力有關。把引力與我們對量子力學的理解結合起來已經證明是極其困難的,甚至連愛因斯坦自己都搞不懂。儘管我們做了所有的嘗試,我們仍然無法成功地對引力進行量子描述。每一次我們嘗試,數學都會陷入無窮大的混亂,無法預測。

但是在20世紀70年代,理論家們發現了一些不同尋常的東西。在弦理論的數學中,有一種被稱為引力子的普遍預測,它是重力的載體。因為弦理論就其結構而言,是一個量子理論,它意味著它自動提供了一個量子引力理論。這是唯一一個簡單地包含重力的基本物理理論,而最初的弦理論甚至都沒有嘗試過!

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然而,幾十年後,沒有人能對弦理論做出完整的描述。我們所擁有的只是各種各樣的近似值,我們希望這些近似值能夠描述最終的理論(以及被稱為“M理論”的總體框架的暗示),但這些近似值都不能提供我們在對撞機實驗中或在宇宙中可能看到的實際預測。即使在經歷了幾十年,在所有物理學額統一理論下,弦理論也沒有“完成”!

不僅如此,弦理論面臨的諸多挑戰之一是,它預言了宇宙中存在著額外的維度,這些維度在極小的尺度下都是相互纏繞和捲曲的。可以這麼說,有很多方法可以讓這些維度相互融合在光年以外的某個地方。由於額外維度的特殊排列決定了弦理論中弦的振動方式,而弦的振動方式決定了它們的行為方式,這種行為模式才能導致世界上各種力和粒子的變化,所以只有其中一種幾乎不可數的額外維度的排列可以對應於我們的宇宙。

弦理論的未來?

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顯然,現在不可能透過弦理論本身說出來,因為我們缺乏經驗和理解去選擇其中一種排列方式,確定弦是如何振動的,因此也就缺乏與這種排列對應的宇宙行為。由於弦理論似乎無法告訴我們它對宇宙的偏好性,最近一些理論家認為弦理論對所有的多元宇宙宇宙可能一視同仁。多元宇宙代表了微觀維度的無數種可能的安排,因此也代表了物理現實的無數種安排。也就是說,宇宙。我們只是其中一個幾乎數不清的數字。

那麼,我們要怎麼得到我們所想要的一個屬於我們宇宙的理論呢?真的很難。至始至今,人類只把哲學論證作為幾十年來弦理論研究的最終、來之不易的結果,這一訴求讓許多物理學家感到空虛。

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然而事實是,大體上大多數弦理論家不再致力於整體統一的問題。相反,吸引科學家興趣的是一個有趣的連線,叫做AdS/CFT通訊。不,這不是一種新的計算技術,而是一種被提出的關係,即生活在一個具有負宇宙學常數的5維宇宙中的弦理論版本,與該宇宙邊界上的一個4維共形場理論。

實際上,物理學中一些棘手的問題可以用幾十年來研究弦理論發展起來的數學來解決。因此,雖然這本身並不能解決任何弦理論問題,但人類至少把所有的機器都投入到有用的工作中,為研究從黑洞資訊之謎到夸克膠子等離子體的奇異物理等許多問題提供了幫助。這當然是有意義的,假設對應關係可以被證明,基於弦理論的結果會有結果。

這也是科學家們未來所希望的,至於弦理論能否成為未來的主導,一切都是未知數!

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