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宇宙理论之争!弦理论最终会被M理论统一吗?
  • 发布时间:2020-03-24
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  • 弦理论的诞生伴随着时代的一致和要求。它符合所有理论和科学家创造的未知想象。然而,在20世纪90年代初,弦理论陷入了理论困境。几十年来,理论家们一直希望相信现实的基本成分是微小的振动弦,因为它们可以解释我们许多未知的存在。这是一个潜在的革命性想法,可以将所有的自然力和物质的所有成分结合成一幅和谐的画面。

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    然而,两难的是弦理论有五个独立的候选者,每一个看起来都与众不同。哪一个是正确的?

    五弦理论

    在谈论弦理论的范畴之前,我们必须对弦理论有一个初步的概念。弦理论的基本观点之一是,自然界的基本单位不是像电子、光子、中微子和夸克这样的点状粒子,而是非常小的线性“弦”,既可以是带端点的“开放弦”,也可以是带环的“封闭弦”。弦的不同振动和运动产生不同的基本粒子。能量和物质是可以转换的,所以弦理论不能证明物质不存在。

    Editor

    这五种不同的弦理论有一些共同之处。首先,它们都涉及维度。它们还要求我们的宇宙有10个维度:通常是3个空间维度、1个时间维度和6个更紧凑的维度。它们非常小,所以它们在亚微观尺度上卷曲在一起。

    在所有的理论中,弦振动的方式极大地丰富了我们的物质世界,从自然力到物质的构成,到物理常数本身。然而,当我们处理物理理论时,细节变得特别重要,五个相互竞争的弦模型在细节上有所不同。一些理论只有闭合的弦环,而另一些理论允许开放的、摆动的弦。一些理论允许振动只在弦的一个方向传播,而另一些理论允许振动在两个方向传播。有些理论是其他理论的结合。

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    作为参考,这五种弦理论的名称是: 1型,IIA型,IIB型,SO(32)?外星人,还有E8xE8?外星人。显然,它们不能都正确地描述自然,但是哪一个是“真正的”弦理论,哪一个是错误的?这是一个今天仍在讨论的问题。弦理论并不完整,也没有所谓弦理论的最终方程式。不同于其他可以用同样方式描述的理论,如描述重力的爱因斯坦方程或描述电磁场的麦克斯韦方程。然而,直到现在,科学家们只提出这五种弦理论代表了五种不同的近似,仍然不能决定哪一种是最好的。

    五种弦理论紧密相连。

    1995年,着名的理论物理学家爱德华威滕在一年一度的弦理论会议上发表了演讲。在他的演讲中,他提出了一个激进的建议。也许五弦理论没有那么不同。

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    Facts已经证明了这五种理论之间有一种有趣的联系,这就是所谓的对偶性或对称性。例如,关于基本单位,我们不知道它们的相互作用有多强。然而,如果你增强1型弦理论的相互作用强度,你最终会得到一个弱版本的SO(32)异常。有时候一根弦可以在一个非常小的卷起维度上以一定的动量缠绕一定的次数,但是它的双重性会导致一定的缠绕和动量反转。类型IIA弦理论和类型IIB弦理论被这种二重性联系在一起。

    这些二元性表明五弦理论在某种程度上是相关的,并且正在探索更深层次的东西。从所有二元性中可以推断出更深层的东西。通过尝试五个弦理论中的两个二元性,有时你会得到另外五个理论中的一个,有时你会在新的地方得到二元性。什么是“新地方”?这是M理论!

    m理论

    M理论就像一个关于弦的超级理论,表明所有五个弦理论实际上只是一个更大更神秘理论的一个小角落。我们过去认为五弦理论是一个独立的行星,我们的理论和数学探索仅限于这些行星上的小岛。但是M理论揭示了所有这些岛屿实际上是共享一个更大的行星。

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    虽然我们对M理论知之甚少,但它的一个奇怪特征是,我们对弦理论的看法似乎只是真实情况的低能近似。真正需要的不是10维,而是11维。更重要的是,现实的基本对象不再是弦,而是D膜。“膜”只是多维振动物体的一个花哨的词。字母“D”表示尺寸,给出了从1个膜(串)到2个膜(片)到3个膜(簇)的一切。

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    在很大程度上,这些膜非常低,基本上就像弦一样,而第11维在宇宙大振动中几乎不起作用。此外,人们对M理论知之甚少。弦论者通常在五种常见条件下工作,因为他们已经研究了几十年。额外维度和膜的引入使得弦理论已经糟糕的数学更加糟糕。尽管如此,理论家们继续在边缘地带探索,希望有一天m理论中的“m”能有一个全称。

    作为提出的“物理学的终极理论”,M理论希望用一个单一的理论来解释所有物质和能量的本质和相互作用。然而,它是否能最终统一弦理论仍然是未知的。

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