弦理論幾乎不可能通過實驗來驗證,那它就是偽科學嗎?

2020-11-22 老胡說科學

許多物理學家認為弦理論是我們將量子物理學和引力結合成萬物統一理論的最大希望。然而,一個相反的觀點是,這個概念實際上是偽科學,因為它似乎幾乎不可能通過實驗來驗證。現在一些科學家說,我們可能有一種方法可以驗證弦理論,這要感謝一種新的推測,它將弦理論與宇宙膨脹對立起來。

歸結起來就是這個問題:宇宙是向我們展示了它所有的量子秘密,還是以某種方式向我們隱藏了一些細節?因為如果能看到細節,弦理論可能無法解釋它們。

一種排除這種想法的方法是,如果我們能證明它並不能預測宇宙的本質特徵。結果證明,弦理論有一個長期存在的問題,那就是如何描述宇宙大爆炸後最早期最普遍的現象:膨脹。

石溪大學的物理學家洛弗德說:「對於我們的宇宙為什麼是現在這個樣子以及它的結構從何而來,膨脹是最令人信服的解釋。」從某種意義上說,膨脹解釋了我們如何從無到有獲得宇宙中的一切。該理論認為,早期宇宙經歷了一個極度膨脹的階段。這個過程放大了量子真空中的隨機光點,並將它們轉化為星系和我們周圍的其他東西。

不過,理論家們很難證明,在弦理論中,膨脹是如何起作用的,或者是否起作用。最有希望實現這一目標的途徑並不能說服所有人。「這取決於你問誰,」麥吉爾大學的宇宙學家說。「在弦理論中,許多人心中一直有一個揮之不去的疑問:它真的有用嗎?」

在2018年,一群弦理論學家得到了一系列具有啟發性的結果,他們認為這種困難反映了一種不可能性——即在理論中可能不會發生膨脹。這個所謂的德西特沼澤猜想聲稱,任何能夠描述德西特空間(一個術語,指我們預期會發生膨脹的那種宇宙)的概念的版本,都會有某種技術缺陷,使其成為被否決的理論的「沼澤」。

沒有人能夠證明沼澤地猜想,一些弦理論學家仍然期望這個理論的最終形式不會有膨脹的問題。但許多人認為,儘管這個猜想可能無法站住腳,但接近它的東西會站住腳。

任何對膨脹的限制都會增加用實際數據檢驗弦理論的可能性,但是一個明確的檢驗需要對這個猜想的證明。根據沼澤猜想的作者之一、哈佛大學的物理學家卡朗·瓦法的說法,如果研究人員能夠將其與可信的物理定律聯繫起來,他們就可以開始為這個想法建立一個案例。

建立信心的一種方法可能試圖解釋什麼樣的物理規律會限制宇宙膨脹——或者,用一種更實際的方式來進行探究:弦理論學家怎麼可能希望說服宇宙學家重新考慮一個被偏愛的理論呢?

這些問題促使瓦法和他在哈佛大學的合作者阿列克去尋找一個基於物理學的理由來證明沼澤地猜想是正確的。他們在一個令人驚訝的地方發現了一個候選理論。事實證明,膨脹已經有了一個尚未解決的問題,需要尋找一個解決方案:當膨脹發生並放大真空的靜態狀態時,最微小的量子細節會發生什麼,理論家們尚未達成一致。

物理學家們缺乏一種可行的理論來描述普朗克長度以下的世界。普朗克長度是一種極其微小的距離,在這裡,他們預計引力的量子一面會出現。宇宙膨脹的支持者通常認為,他們總有一天會研究出那些「反普朗克」的細節,而且他們不會對任何預測產生大的影響。但這一步將如何實現仍是一個懸而未決的問題。

瓦法給出了一個簡單的答案:他們的新普朗克審查猜想斷言,儘管有膨脹的放大效應,極其微小的量子模糊性應該始終保持極其微小和量子性。如果這個想法是正確的,它意味著對可能發生的膨脹的數量的限制,因為過多的膨脹意味著對反普朗克細節的過度放大。

因此,在弦理論的一個新轉折中,研究人員實際上可以仰望天空尋找一些答案。對於實際的膨脹過程存在著幾種不同的模型,天體物理學家們還沒有數據來證實其中的任何一個,或者作為一個整體的基本思想,是對我們宇宙的正確描述。研究人員已經開始研究這個新猜想對多種形式的宇宙膨脹的限制。有些已經有了一種內置的方法來隱藏跨普朗克的細節,但是許多典型的模型都與推測相衝突。

一個明顯的矛盾來自「原始」引力波。這些波,理論家們預計在大爆炸階段出現,將在宇宙微波背景中留下一個微弱但清晰的信號。到目前為止,它們還沒有被觀測到,但是望遠鏡正在積極地尋找它們。審查猜想只會允許一個「可笑的、不可觀測的小」的量,如此之小以至於這些波的任何跡象都意味著這個猜想不適用於我們的宇宙,除非理論家們能對它們提出一個不同的解釋。

這個猜想真的是對弦理論的檢驗嗎?不,根據Vafa的說法,現在這樣說還為時過早。這些原則目前還只是猜測。人們越是把這些原則聯繫在一起——令人驚訝的、意想不到的關係——就越容易相信為什麼它是正確的。」

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    對於弦理論來說,那是一個黑暗的年代,尤其當人們發現那些「弦」只能在10維和26維中振動時,一些頑強堅持研究弦理論的人被看成是愚昧而頑固不化的「異類」。弦理論的先鋒人物、加州理工學院的約翰·施瓦茨就曾被理察·費曼詼諧而又諷刺地問:「約翰,那麼你今天進入了幾個維度?」
  • 在可預見的未來無法直接驗證弦理論,弦理論家走的是一條不歸路?
    「弦理論」名稱的由來是振動的基礎「弦」,它也是最初構建該理論的核心。弦理論認為,量子理論中所有基礎的亞原子粒子都存在於弦理論中,它們是由弦的振動而來,弦的不同的振動對應不同的亞原子粒子。這一點非常像是從振動的小提琴琴弦產生出的不同的音符。
  • 弦論是偽科學嗎?一個沒有經驗檢驗的理論還是科學嗎?
    他的預測是可驗證的,但是被事實證偽了。然而,馬克思的追隨者並沒有接受這些反駁,而是重新解釋了理論和證據,以獲得其他人的認同。這樣,他們就把這個理論從被證偽的事實中拯救出來。通過這種策略,他們摧毀了自己的科學地位。這兩種精神分析理論屬於不同的類別。它們根本無法驗證,也無法證偽。
  • 弦論是偽科學嗎?一個沒有經驗檢驗的理論還是科學嗎?
    這樣,他們就把這個理論從被證偽的事實中拯救出來。通過這種策略,他們摧毀了自己的科學地位。 這兩種精神分析理論屬於不同的類別。它們根本無法驗證,也無法證偽。我個人並不懷疑他們的學說是相當重要的,而且有一天可能會在一門可證偽的心理科學中發揮作用。但這確實意味著,那些心理分析師天真地相信能夠證實其理論的臨床觀察,並不比佔星家好多少。」
  • 弦理論,想看看「弦」長什麼樣子嗎?那來一臺「環銀河顯微鏡」吧
    目前人類的理論不支持小於「普朗克長度」的解釋,所以大家暫時也無需繼續追問組成弦的又是什麼東西。非要回答的話,就像剛才說的它的本質是一種能量。那這根弦究竟有多小呢?打個形象的比喻,如果把原子堪稱整個太陽系,那麼弦只相當於地球上的一棵樹。
  • 額外維度是直接驗證弦理論的「攔路虎」,但還有五點可間接驗證
    存在額外維度的思想本身就有違常人的認知,再加上又不能被直接驗證,這也是導致弦理論的發展四面楚歌、舉步維艱的根本原因。縱觀整個人類的物理學發展史,其實與弦理論類似的情況比比皆是。很多理論在剛提出時似乎完全不可能證實,但在理論發展的過程中往往會出現意想不到的情況,最終還是通過直接的或間接的實驗證實了。
  • 神秘的暗物質,未解之謎,那就用弦理論掀開它的面紗吧!
    它可以從弦理論的角度解釋,目前的一些未解之謎,如暗物質到底是怎麼回事,宇宙大爆炸的起源是什麼。這兩個問題確實困擾了我們很久。今天我們從M理論「膜」的角度來回答一下這兩個問題。,弦理論太過超前,大大超越了目前所具備的實驗能力。
  • 神秘而高深莫測的「弦理論」,它是如何降臨在那不屬於它的時代?
    一提起弦理論,大家都感覺這是個神秘而高深莫測的「傢伙」。 在一向重視實驗的物理學領域中,怎麼就突然出現了這麼一個純理論的傢伙。其實這要從20世紀的物理學的那兩次大革命,沒錯,就是那兩個「烏雲」帶來的。弦理論並不是像有些科普文章裡說的,為了這個終極的大統一理論而應運而生的,雖然人們也一直在探尋這個終極的大統一理論。但是其實弦理論的出現,可以說是極其偶然的,就像「M理論之父」愛德華·威滕說的:按理來說,20世紀的物理學家們不應該去研究這一理論:它不像是這個時代的發明。因為在當時,連初級的大統一理論都還沒有建立起來,甚至大家都還停留在怎麼對強力進行解釋這一階段。
  • 黑洞,大統一,弦理論,這些虛無縹緲的東西究竟有什麼用?
    為了質疑而質疑的話,那不叫科學精神。因為科學不是代表著就是真理,科學也不代表著永遠正確。它代表的是現階段的正確,或者說在一定範圍內的正確。所以,科學是一個自我懷疑的過程;科學的發展史可以看成是一部人類對自然界的認知的偏差糾正史。更重要的是,科學靠的不僅僅是思維邏輯,而是需要建立在一套嚴謹的數理邏輯上。
  • 宇宙的終極理論?弦理論以及它的11維時空
    弦理論研究面臨的問題既然弦理論是解釋宇宙的「真理」那我們理解了它是否就能理解宇宙間的萬事萬物以及運行規律了呢?世界也許就是這麼奇妙,當你以為即將了解到宇宙的本源的時候總是會伴隨著新的問題的產生。如果我們能縮小並了解到弦獨特捲曲方式的六維結構裡,弄清這些結構是如何扭轉彎曲相互交疊,就能知道到弦是如何運動與震蕩的。而這可能就是揭開宇宙神秘面紗的關鍵。
  • 弦理論
    更深的弦理論學說不只是描述弦狀物體,還包含了點狀、薄膜狀物體,更高維度的空間,甚至平行宇宙。值得注意的是,弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的準確預測,關於這一點,以下內文會說明。現階段所需要做的就是對引力子進行更詳實的研究來證明其他維度的空間的存在。另外,「弦理論」這一用詞所指的原本包含26維的玻色弦理論,和加入超對稱性的超弦理論。在近日的物理界,「弦理論」 一般是專指「超弦理論」,為了方便區分,較早的「玻色弦理論」則以全名稱呼。
  • 是物理學基石,還是「偽科學」?神秘的弦論能否被實驗驗證
    這意味著它就有被實際數據檢驗的希望。許多物理學家都認為弦論是將量子物理和引力結合為大統一理論的最優候選理論。然而,也有觀點認為弦論是偽科學,因為它無法用實驗驗證。不過,得益於一個認為弦論可能會限制宇宙膨脹的新猜想,現在有科學家提出了用實驗證明弦論的可能。
  • 什麼叫做偽科學?生活中的偽科學用什麼方法來識別?
    今天來講一講什麼是為科學是什麼,你從中得到的科學思維就是了解現代科學在哪裡,它的邊界是什麼?偽科學是什麼?這個問題如果細究起來,是很容易陷入到嚴肅的分析當中,可是我們不這麼做,我們用最通俗的話說就是自己不是科學卻硬要標榜自己是科學,那這個就叫做偽科學,辨識偽科學其實是一個太過寬泛的問題,因為曾經有不少驚世駭俗的科學理論,在他們最初誕生的時候是被那個領域的一部分科學家稱之為偽科學的。
  • 為什麼統一宇宙的弦理論如此難以驗證?
    今天,我們來面對一個統一宇宙的理論,名為「弦理論」。在這個所謂的「萬能」理論當中,一切都可以合理的解釋,那麼它是否真的存在呢?讓我們來探索一下如何檢驗這個可能的「萬物理論」。我們知道,在弦理論中,微小的弦取代了傳統的亞原子粒子。
  • 弦理論到底在說啥?
    在這樣的背景下,有物理學家提出了弦理論,認為它是能夠統一這兩大學說的「萬有理論」。你聽說過弦理論嗎?它真的能解答宇宙的終極問題嗎?為什麼要用弦來代替粒子作為萬物基元,而不是其他東西?弦理論所提出的高維空間真的存在嗎?它可以被證實嗎?關於弦理論,你不知道、想知道的,都在這裡!
  • 關於科學本質與靈魂的戰役:弦理論、多重宇宙是真的嗎
    Ellis 和 Silk 控訴這樣的理論學家們「移動了科學的球門柱」,同時模糊了物理學和偽科學之間的界線。Ellis 和 Silk寫道:「科學理論的出版許可只能授予那些可以被實驗驗證的理論,」因此,我們要取消過去40年裡的大多數重要理論的資格。「只有這樣,我們才能保護科學的大廈不受攻擊。」
  • 弦理論過於縹緲,科學家找了新的理論來解釋引力
    幾十年來,大多數物理學家都同意弦理論是愛因斯坦廣義相對論(最大尺度描述自然定律)與量子力學(最小尺度描述它們)之間缺少的那一環。另一方面,量子力學是一種理論,它描述了原子和亞原子粒子最小尺度下的自然物理性質。雖然這兩種理論讓我們能夠解釋觀察到的每一個基本物理現象,但它們也是相互矛盾的。到今天,物理學家很難調和這兩種理論來解釋最大和最小尺度的引力。
  • 關於科學本質與靈魂的戰役:弦理論、多重宇宙是真的嗎-虎嗅網
    Ellis 和 Silk 控訴這樣的理論學家們「移動了科學的球門柱」,同時模糊了物理學和偽科學之間的界線。Ellis 和 Silk寫道:「科學理論的出版許可只能授予那些可以被實驗驗證的理論,」因此,我們要取消過去40年裡的大多數重要理論的資格。「只有這樣,我們才能保護科學的大廈不受攻擊。」
  • 大統一理論是偽科學還是宇宙中的自然美?
    弦理論:一個振動的多元宇宙弦理論可能是最強大的候選者之一,因為它是最被探索的潛在的萬物理論之一。弦理論假設粒子實際上是一維的弦,在非常基本的水平上振動。根據弦理論,這些弦在不同的水平上振動,決定了粒子的類型和屬性,比如質量和電荷。但是,為了使這個理論在數學上起作用,需要把人類無法直接體驗到的額外空間維度考慮進去。
  • 大統一理論是偽科學還是宇宙中的自然美?
    弦理論可能是最強大的候選者之一,因為它是最被探索的潛在的萬物理論之一。首先,弦理論只是一個「理論」,理論家們很難找到合適的方法來驗證這個想法,一些物理學家甚至說弦理論是偽科學。主要物理學家認為,建立弦理論的關鍵在於暴漲的概念。暴漲被認為在大爆炸的最初階段扮演了重要的角色,解釋了為什麼宇宙看起來是這樣的,以及為什麼它經歷了一個極端膨脹的階段。