弦理论的诞生解决了我们许多悬而未决的问题,但是弦理论本身却是一个理论的存在。60年过去了,这一美丽的理论并没有产生多少实质性的成果。
为了能够充分的理解弦理论在未来可能的发展,我们有必要了解一下这一神秘的理论。
弦理论有着悠久的历史。从20世纪60年代开始,作为解释强大核力量的一种尝试,它现在已经发展成为一种万物的候选理论:一个单一的统一框架,用于理解宇宙中和关于宇宙的所有事物。量子引力?弦理论。电子质量?弦理论。暗能量?弦理论。光速?弦理论。弦理论几乎几乎对它们一概而论,在弦理论中,微小的弦取代了传统的亚原子粒子。
然而一个如此强大的理论60年来却没有结果,没有成为最终的理论,没有预测来检验真实宇宙中的实验。那么我们应该继续坚持这个想法吗?
对团结的追求
弦理论在过去几十年里一直占据着许多物理学家和数学家的核心理论,这与引力有关。把引力与我们对量子力学的理解结合起来已经证明是极其困难的,甚至连爱因斯坦自己都搞不懂。尽管我们做了所有的尝试,我们仍然无法成功地对引力进行量子描述。每一次我们尝试,数学都会陷入无穷大的混乱,无法预测。
但是在20世纪70年代,理论家们发现了一些不同寻常的东西。在弦理论的数学中,有一种被称为引力子的普遍预测,它是重力的载体。因为弦理论就其结构而言,是一个量子理论,它意味着它自动提供了一个量子引力理论。这是唯一一个简单地包含重力的基本物理理论,而最初的弦理论甚至都没有尝试过!
然而,几十年后,没有人能对弦理论做出完整的描述。我们所拥有的只是各种各样的近似值,我们希望这些近似值能够描述最终的理论(以及被称为“M理论”的总体框架的暗示),但这些近似值都不能提供我们在对撞机实验中或在宇宙中可能看到的实际预测。即使在经历了几十年,在所有物理学额统一理论下,弦理论也没有“完成”!
不仅如此,弦理论面临的诸多挑战之一是,它预言了宇宙中存在着额外的维度,这些维度在极小的尺度下都是相互缠绕和卷曲的。可以这么说,有很多方法可以让这些维度相互融合在光年以外的某个地方。由于额外维度的特殊排列决定了弦理论中弦的振动方式,而弦的振动方式决定了它们的行为方式,这种行为模式才能导致世界上各种力和粒子的变化,所以只有其中一种几乎不可数的额外维度的排列可以对应于我们的宇宙。
弦理论的未来?
显然,现在不可能通过弦理论本身说出来,因为我们缺乏经验和理解去选择其中一种排列方式,确定弦是如何振动的,因此也就缺乏与这种排列对应的宇宙行为。由于弦理论似乎无法告诉我们它对宇宙的偏好性,最近一些理论家认为弦理论对所有的多元宇宙宇宙可能一视同仁。多元宇宙代表了微观维度的无数种可能的安排,因此也代表了物理现实的无数种安排。也就是说,宇宙。我们只是其中一个几乎数不清的数字。
那么,我们要怎么得到我们所想要的一个属于我们宇宙的理论呢?真的很难。至始至今,人类只把哲学论证作为几十年来弦理论研究的最终、来之不易的结果,这一诉求让许多物理学家感到空虚。
然而事实是,大体上大多数弦理论家不再致力于整体统一的问题。相反,吸引科学家兴趣的是一个有趣的连接,叫做AdS/CFT通信。不,这不是一种新的计算技术,而是一种被提出的关系,即生活在一个具有负宇宙学常数的5维宇宙中的弦理论版本,与该宇宙边界上的一个4维共形场理论。
实际上,物理学中一些棘手的问题可以用几十年来研究弦理论发展起来的数学来解决。因此,虽然这本身并不能解决任何弦理论问题,但人类至少把所有的机器都投入到有用的工作中,为研究从黑洞信息之谜到夸克胶子等离子体的奇异物理等许多问题提供了帮助。这当然是有意义的,假设对应关系可以被证明,基于弦理论的结果会有结果。
这也是科学家们未来所希望的,至于弦理论能否成为未来的主导,一切都是未知数!
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