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《科学世界》2022年第10期上新啦!

特辑|超弦理论

 “弦理论”由2008年度诺贝尔物理学奖获得者南部阳一郎博士提出。该理论是把构成所有物质和传递引力等力的基本粒子视为一维弦的理论后来又进一步发展成了“超弦理论”。

  广义相对论是研究引力的理论,量子力学是研究微观粒子的理论。超弦理论被视为最有希望将两者统一到一起的“终极理论”,并取得了各种各样的进展。之前,对超弦理论进行实验验证被认为是一件非常困难的事情。但如果研究取得进一步进展,对超弦理论进行实验验证的可行性将大大提高。本文将从超弦理论的基础到最新研究成果进行汇总和介绍。

相对论和量子力学竟矛盾?

超弦理论出世,骗局还是重新定义一切?

科学新视界

2022-06-27 12:40

哥白尼在发现日心说后,迫于宗教压力,这本书只能等到他在病榻上临终前才能出版;布鲁诺更是为了自己的信仰奉献了宝贵的生命。时过境迁,现在的我们都知道,科学的真理是永远无法掩埋的。

不过,科学是一个螺旋上升的过程。在现在物理学家看来,即便是被称为历史上最大的科学成就,上面也有些许疑虑的阴霾。这个阴霾,就存在于我们现代物理学所仰仗的两大必要成就。

一是爱因斯坦的相对论。1905年,狭义相对论出现;十年后,广义相对论横空出世。这两者为科学界提供了从宏观角度认识宇宙的理论。(如恒星、星系、宇宙自身的膨胀)。

二是由普朗克等一大批物理学家共同创立的量子力学。量子力学为我们人类提供了微观角度下认识宇宙的新方式,如比原子更小的粒子——电子、夸克。

随着近百年的科学发展,它们的预言几乎都在被物理学家证实。不过,随着结论逐渐被证实,科学家同样发现了一个痛苦的现象:现在用广义相对论、量子力学的形式看,它们二者是矛盾的,不可能都是对的。

在过去的研究中,我们利用二者解释了宇宙膨胀,认识了物质微观结构。但是,二者的理论却是存在着本质的区别。那么,我们不禁要问,这个本质的区别究竟是什么呢?

现在,小编简单地为大家解释一下。在科研领域,研究的对象要么是很小(比如原子),要么是很大(比如恒星),而从没有兼备两种属性的物质。因此,对于某一对象,只需要相对论或量子力学的其中一种方法便足够了。

这时候,可能有些人就会提出问题:要是恒星用量子力学研究会怎么样?用相对论研究原子,又会怎么样?事实上,有些科学家也采用了这种方法,得出的结果却是截然相反的!于是,科学界便采用了“因地制宜”的研究策略。

或许,这一切暂时看起来很美好,但事实上又是怎样呢?

要知道,我们的宇宙是一个宏观与微观兼备的情况!比如,黑洞是大量物质被压缩到极小的空间、大爆发却是比尘埃还小的空间爆发出整个宇宙;这时候,我们又应该采用那套理论呢?是两套理论一起用吗?

不少科学家进行了结合,但是两套理论从本质上,就处于水火不相容的状态!强行合并后,研究的结果更是令人无奈!那,这两套理论究竟在哪里出现了矛盾呢?小编为大家简单地说一下:

因为时代的局限性,相对论描述的是——万有引力、电磁力。事实上,自然界一共有4种力——万有引力、电磁力、弱力、强力。因此,对于强力和弱力,相对论毫无办法,量子力学却可以很好地解释。

但是,量子力学也存在弊端,它只能解释3/4,对万有引力却毫无办法!然而,相对论却可以用物质影响空间的几何性质来进行完美的解释!于是,人们想到了二者理论的结合——量子化后的广义相对论!

但,事实上,这是不可能的!因为理论的底层逻辑有区别,导致结合的新理论甚至无法自圆其说!这时,我们发现,或许需要采用一个更为宏观的上帝视角来看待这两者,才能得到两个理论的整合与协调统一。

此时,更大的理论框架开始逐渐被科学界发现,这就是超弦理论!它是物理学家追求统一理论的最自然的结果。

在无数物理学家的努力下,大家发现:超弦理论可以缓解两个理论的矛盾。超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论。

经过研究,科学家发现:十维空间中,实际上有5种自洽的超弦理论!因此,在它的框架下,相对论和量子力学的合并变得不再冲突。科学家利用超弦理论,成功地解释了黑洞的熵和辐射。

小编写的超弦理论在这本《宇宙的琴弦》书中有所讲到,到底它是一场真实的发现,还是一个科学骗局,书中都有讲述!对宇宙知识感兴趣、想要了解更多的朋友,可以进行阅读一下。

这是我们第一次从微观理论出发,利用统计物理和量子力学的基本原理,导出宏观物体黑洞的熵、辐射公式!这证明了超弦理论对于自然界中4种力的正确研究方向!不过,也有人认为这个是一种巧合。

有人说:这是一个伟大的发现,更是一个伟大的方程!或许,弦理论需要我们更新对空间、时间、物质的认知。但它却是科学路上的一个新的指示牌!也有人说这是一场科学骗局而已!比起经过验证的相对论和量子力学,它仅仅是一个新理论。

小编相信,每一次改变,都是为了我们人类走上正确道路的必须!最后,大家认为超弦理论究竟是未来的方向,还是仅仅是一场科学骗局呢?

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