在前沿科学理论中,最出名的就是相对论和量子理论,这两大理论经常能见诸于报纸、网络,除此之外,比较有名的就当属弦理论了。
弦理论产生的背景,是上世纪相对论和量子理论创立以来,它们在在各自领域都能得到了很好的发展。而且,相对论和量子理论也开始统一,发展了量子场论,小至太阳系,大至整个宇宙的范围内,都得到了很大的验证。但是在极端情况下,两者产生了不兼容自洽,在原有的框架下无法统一的现象,这时候便诞生了弦理论。换句话说,弦理论实际上是一种试图在更大框架下连接相对论和量子的理论。
在量子理论中,粒子学认为物质都是由只占一度空间的“点”状粒子所组成,这也是当前标准的物理模型,也是在物理解最广为被接受的模型。标准粒子模型其实能解释相当多的物理现象,也成功的预测了相当多的问题,但是该粒子模型却在一些前沿研究现象上出现了无法做出解释的情况。比如说,在靠近粒子的地方的引力会增加至无限大等。
这时候,弦理论便出现了,它提出了物质的最小组成并不是我们传统所认为的原子、电子、中微子、夸克等所谓的点状物质,是以跟类似弦一样的线状物质,当然,这个尺寸是极小的,小到我们目前最先进的仪器都无法观察到。
弦理论认为,这个“弦”物质,根据振动状态的不同,可以产生出不同的基本粒子,也及是说基本粒子,其实就是这根“弦”不同振动状态下的表现。相比于量子理论的粒子模型,“弦理论”的基础是“波动模型”,因此对目前研究所遇到的问题可以进行有效的解释,比如说可以解释黑洞存在的问题。
超弦理论与以往量子场论和规范理论不同的是,它要求引力存在,同时也要求规范原理和超对称。将引力和其他由规范场引起的相互作用力自然地统一起来是超弦理论最吸引人的特点之一,也正是这样,在科学界中吸引了一大批科学家进行研究。
超弦理论第一次使人类从微观理论出发,利用统计物理和量子力学的基本原理,严密的导出了宏观物体黑洞的熵和辐射公式,成功的解释了黑洞的熵和辐射问题,这一成就也使得超弦理论成为在关于引力和其他相互作用力方面解释最成功的理论。而且,超弦理论也是目前最有希望实现量子理论和相对论大统一的理论。
关于弦理论和超弦理论的关系,其实“弦理论”这一用词所指的原本包含了26度空间的玻色弦理论,加入了超对称性后,便成为超弦理论。在当前物理界,“弦理论”一般是指的就是“超弦理论”。
当然,上面说的只是弦理论的最基本内容,更深的弦理论学说可不仅仅是描述“弦”状物体,还包含了点状、薄膜状物体,更高维度的空间,甚至平行宇宙等内容。
虽然超弦理论已经有了巨大的进步,但是它到目前为止,仅仅是在理论上对某些方面做出了成功的解释,但并没有得到任何的验证,甚至也没有准确的预测成果。即使在统一自然界四大基本力的过程,超弦理论还存在很多未能解释的问题。因此,弦理论以及其他的前沿理论的研究,还有很长的路要走。
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