弦理论为什么能一向存在?固然富强却从未经过检验

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弦理论主张“弦”以分歧的震动模式对答了自然界的各栽基本粒子弦理论主张“弦”以分歧的震动模式对答了自然界的各栽基本粒子

  新浪科技讯 北京时间2月18日新闻,弦理论是一栽声称有能够成为“万有理论”的伪说,能够从最基本的微不益看尺度来注释一切现实,包括自然力和构成一切物质的基本粒子。这是一个富强的理论,但并不完善,也异国经过检验,但至今已经存在了几十年。

  然而,这个理论本身的起头并不顺当。钻研者最初是用弦理论来注释强核力,而这并不是该理论所拿手的。

  从散射矩阵最先

  直到20世纪60年代,物理学家还相等自夸,他们觉得本身已经发现了所谓的物质基本成分,即质子、中子和电子。他们还完善了将量子力学和狭义相对论与量子电动力学(QED)同一首来的壮举,后者是对电磁力的十足量子描述。

  但是后来,在研发出了超级富强的粒子对撞机之后,骤然间,物理学家最先不爱他们已有的发现。议决这些仪器,物理学家对一大堆质子和中子进走了撞击,使其破碎,外明这些粒子根本不是基本粒子。更糟的是,对撞机最先产生各栽新的粒子,包括介子、π介子,k介子、Ξ粒子,等等。

  限制它们的是一栽新的自然力:强相互作用,又称强核力。随着分歧的粒子从对撞机中展现,发展出量子电动力学的工具敏捷一蹶不振。物理学家们幼手幼脚,他们情愿尝试新的想法。所以,一些理论物理学家最先绞尽脑汁,在古人的钻研中追求能够有用的数学工具。他们发现了量子力学创首人之一维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)挑出的一系列兴味的想法。

  所以,弦理论诞生了!

  在量子力学的早期(20世纪上半叶),钻研者还不明了该用什么数学手段才能最益地注释这门新学科中一切清新的形象。20世纪30年代,海森堡挑出一个相等极端的想法。那时通走的经典物理学手段是:1)写下相互作用中涉及的一切粒子的首首位置;2)竖立关于这一相互作用的模型;3)根据这些粒子随时间的进化,用模型来展望首先。

  海森堡的想法正益相逆,他认为,为什么吾们不直接跳过一切这些步骤,而是开发一个机器,叫做散射矩阵(scattering matrix,又称S矩阵),它能够从初首状态直接跳到首先状态。吾们真实想要测量的就是这一首先状态。这台机器将一切相互作用都编码在一个重大的盒子里,而不必不安编制的进化。

  这是一个很酷的想法,但现实表明,它很难让任何人奋发首来,首先只能不了了之——直到物理学家在60年代陷入失看。

  议决重新行使散射矩阵手段来钻研新发现的强核力,理论物理学家们扩展并发展了这一思维,并发现某些重复的数学函数稀奇富强。

  其他理论物理学家也添入进来,给这个框架添上了时间和空间的传统注释,并遵命了粒子的演化。他们由此取得了一些令人惊讶的发现:为了描述这栽强相互作用,股票必须引入微弱的、不息震动的弦。

  比光子还快

  这些弦益像是强核力的基本构成片面,其量子力学震动决定了它们在微不益看世界中的属性。换句话说,弦的震动使其自身的外在特征和走为都像是微弱的粒子。

  首先,这个弦理论的早期版本被称为重子弦理论,对于它试图注释的粒子栽类,并异国达到预期的成果。这个理论极其难以发挥作用,想以此做出展望几乎不能够。它还请求存在速度超过光速的粒子,称为速子(tachyon)。这是早期弦理论的重要题目之一,由于速子并不存在;倘若速子存在,就会公然忤逆特意成功的狭义相对论。

  另外,重子弦理论必要26个维度才能在数学上讲得通。考虑到宇宙只有四维,这个理论真的是让物理学家难以消受。

  重子弦理论的首先湮灭有两个因为。最先,它做出了与实验不符的展望,而这是一个特意大的弱点。其次,强核力的另一栽理论(包括一栽称为夸克的新伪想粒子,以及一栽能在两个夸克之间传递强作用力、被称为胶子的基本粒子),能够被折叠到量子框架中,并成功地做出展望。这个新的理论就是量子色动力学,直到今天依旧是关于强核力的主流理论。

  至于弦理论,几乎已经消逝在背景中。在20世纪70年代,一旦理论物理学家认识到弦理论能够描述的周围益像超越了强核力,而且在找到手段脱离理论所展望的速子之后,弦理论又会新生。尽管这个理论依旧必要额外的维度,但是物理学家已经能够将维度数目从26降矮到10,听首来益像更相符理了。考虑到这些维度能够很幼,并且蜷弯在吾们能够直接不益看察到的尺度之下,弦理论益像一点也不古怪。

  今天,依旧有人在钻研弦理论,并且依旧在试图用它来注释强核力。甚至有不益看点认为,弦理论有能够是量子引力的解决方案之一,并能够成为大同一理论。异日会如何呢?让吾们拭现在以待。

  什么是弦理论?

  弦理论又称弦论,其重要思维是用一段段“能量弦”行为最基本单位,表明宇宙中一切的微不益看粒子(如电子、夸克、中微子等)都是由一维的能量弦构成;换句话说,弦理论主张“弦”以分歧的震动模式对答了自然界的各栽基本粒子。现在广为批准的物理模型认为,一切物质是由零维的点粒子构成的,能够成功注释和展望很众物理形象和题目,但这一粒子模型也遇到了一些难以注释的题目。相比之下,弦理论的基础是震动模型,能够避开粒子模型所遇到的题目。更深入的弦理论不光是描述弦状物体,还包含了点状、薄膜状物体,以及更高维度的空间,甚至平走宇宙。不过,弦理论现在还未能做出能够实验验证的实在展望。(任天)

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posted @ 20-02-21 06:16  作者:admin  阅读量:

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