M理論會是物理的終極理論嗎?

2021-01-13 樹上長的宇宙果

M理論——作為「物理的終極理論」被提出,希望通過一個理論來解釋所有物質與能源的本質與交互關係。

雖然我們有限的技術水平把我們限制在腳步剛剛邁出地球,但依靠更深層的理論和實驗,我們也在盡力探索著外太空。特別是在物理的更高層次,很多深藏的秘密都被揭示出來了。而這些揭示但凡打開了局面,就會像泥土深層的春筍,為我們自以為了解的世界頂開一片新的景象,這樣的景象甚至是我們從來不曾想過的。

理論的深淺

一般衡量物理理論的深淺,要看它改變了以前哪種程度上的世界觀,以及最終達到了什麼樣的效果。按這個標準看,相對論和量子力學的深刻性確實超乎了我們任何人的想像。僅時空和維度就讓我們變得暈暈乎乎的,誰能想到這個狹小且平凡的世界背後還藏著一個令人興奮的新世界。

最前面引用的M理論就是一個例子,當然要先告訴大家一個前提,M理論還沒有得到很多人的認可,它的真假也沒有得到更充沛的驗證。只是按照標準來看,緊靠一個理論就來解釋所有的物質,這確實能改變大多數人的世界觀。如果它真的被證實,那它的層次恐怕深得不能再深了。

M理論是什麼

簡單介紹一下今天的主角——M理論。首先我們得承認廣義相對論和量子力學是不相容的,這兩種尺度上的理論就是行走的兩個極端。M理論的最終目標,是要用一條規律來描述已知的所有物質。

在M理論體系中,時間分兩種。

意義上的時間:即有初始意義的時間,如宇宙大爆炸之後,時間開始計時。虛時間:虛時間沒有所謂的開端和結束,它一直存在,可以看作一條數學意義上無矢量的坐標軸。對廣義相對論來說,時空維度沒有上限,但M理論卻規定了一個上限,只有11個維度。而且M理論認為能量在自身維度下不是守恆的,其中的引力子會逃散到更高維度中,所以又稱它是11維度空間的超引力理論。

過小的世界

M理論所代表的範疇畢竟太小了,如果熟悉量子力學就會清楚,普朗克尺度之下隱藏著一個新奇的世界,那裡可能沒有時間和空間的定義。這樣過小的世界將給我們迎頭一棒——極難驗證。目前為止,還沒有能探測普朗克尺度之下事物的儀器,對謹慎的人類來說,又實在不願意用猜測一詞來驗證理論,這也是M理論一直沒被大部分人接受的重要原因之一。

以上,我們只是用「如果」來討論M理論的已有認知。沒有一個理論是完美無瑕的,在這裡我們也不是探討M理論是否正確,只是將這樣一個理論帶給屏幕前的你,至於對與錯,由你來評判!這樣一個融合量子力學、廣義相對論以及四大基本力的框架算是出現了,至於能給人們以前的世界觀帶來多大衝擊,這就是另一件事了。

最後借用愛因斯坦的一句話來結束:那是在黑暗中焦慮摸索的歲月,滿懷著強烈的渴望,有過信心,也有過動搖和疲憊,但終於看見了光明。

相關焦點

  • 被稱為「物理的終極理論」的M理論,到底想要證明什麼?
    關注物理學的人肯定知道,雖然物理學在不斷發展,但是物理的基礎理論已經很久沒有突破了,弦理論和量子力學仍然是人們物理學的兩大支柱,在高速領域和微觀世界中這兩個理論都在不斷發展,但是如何界定宏觀和微觀的區別,為什麼微觀世界中的現象和宏觀世界不同,這些問題都在困擾著人類,因此人類需要一個「大一統」理論。
  • 被稱為「物理終極理論」的M理論,到底想要證明什麼?
    人類可以用科學尋找到宇宙中的一切真理嗎?。就像是幾個世紀前, 物理學家都認可牛頓的經典力學一樣,雖然大家都知道這些理論存在一些問題,沒有辦法全面的解釋宇宙中的所有現象和規律,但是這個理論對於現在的人類已經「足夠」用了,隨著人類科技的進步到了20世紀的初期,人類開始探索宇宙時,物理理論自然開始高速發展,而現在人類面臨著同樣的窘境,科學家都想尋找到「大一統理論」,但是現在的科技並不足以我們證實這樣的大一統理論。
  • 宇宙理論之爭!弦理論最終會被M理論統一嗎?
    在所有的理論中,弦振動的方式極大地豐富了我們的物質世界,從自然的力量到物質的構成,再到物理常數本身。但當我們一旦涉及到物理理論時,細節就變得尤為重要,而且五種相互競爭的弦模型在細節上有所不同。一些理論只有閉合的弦環,而另一些理論允許開放的、擺動的弦。一些理論只允許振動沿弦的一個方向傳播,而另一些則允許兩個方向都傳播。
  • 終極理論理解終極
    目前的科學家都相信相對論和量子力學的統一,量子引力論很可能是物理理論的終極理論。量子單位也會考慮引力。 我在想,我每天留下的痕跡每天的思想波動都留存下了引力波,這個引力波微弱但是存在,未來如果有一天,來自未來的人類或許會做篩選,他們會選擇性複製一些「古人」,希望我能在其中。
  • 揭開弦理論的真面目:弦理論是解釋宇宙所有問題的終極理論嗎?
    到目前為止,沒有一套理論可以達到終極理論的標準,這意味著現有的理論都不完備。說的更直白點,經典物理學、相對論、量子力學和弦理論都無法自洽地描述和解析這個世界的運作原理。很多學者認為,弦理論有望發展成終極理論,是終極理論的最佳「種子選手」。這的確是物理界的主流觀點。但是,這個結論並不影響人們認為相對論和量子力學是完全正確的理論,人們的思想就是這樣矛盾。
  • 終極粒子模型——粒子物理在此終結
    索維爾會議的一眾物理大咖們 可以認為,包括牛頓,愛因斯坦在內的所有物理大咖們都屬於「物質群」,他們的思維皆被深困在物質的牢籠之中,他們屬於物質時代! 於是,歷經數代物理大咖們的努力和心血,構建了一個物質粒子的:標準粒子模型!
  • 生物領域的終極理論?!
    體系論將生物進化推演到了熵減,這與世界整體的熵增對應,而且體系論將細胞、動植物、人類社會從微觀到宏觀都統一起來,再往下是化學、粒子物理的領地,往上是天文學、宇宙學的領地,體系論包含了從微觀到宏觀的整個生物領域,並且把進化推演到了與世界熵增相對應的熵減,未來可能不會再有新的或者更進一步的理論了,體系論既是生物的大一統理論,也會是生物領域的終極理論。
  • 理論物理專業是個啥?
    理論物理學的主要工作是解決小到基本粒子,大到宇宙空間的幾乎所有物理問題,終極目標就是弄明白上帝是如何構造這個世界的——敢窺探上帝的心思,恐怕也只有物理學家有這個膽子。 理論物理這個專業匯集了世界上最聰明的人。你知道頭髮亂糟糟的愛因斯坦嗎?他是一個理論物理學家。
  • 霍金把希望寄托在「M理論」上,以充分解釋宇宙的存在
    一個一致的引力理論應該在任何尺度上都是有效的,並且應該考慮到基本粒子的量子性質。這將使引力與其他三種基本的相互作用形成統一的框架,從而為所有事物提供著名的理論。當然,自從愛因斯坦1955年去世以來取得了很大的進步,而現在最好的候選也被稱為m理論。
  • 他是最接近終極理論的人,被稱為當今愛因斯坦
    參會研究者的專業可謂是五花八門:量子引力、粒子物理、凝聚態物理、量子信息等等,基本涵蓋了整個現代物理學。 這次會議,這麼多物理學家,還有IfQ項目的最終目的只有一個,就是尋找通往終極理論的可行道路。而他們所有探討的出發點,則是一個人的智力成果——胡安·馬爾達西那(Juan Maldacena)的Ads/CFT對偶。
  • 終極理論有啥用?
    圖片來源:《新科學家》(文/MacGregor Campbell)超引力、大統一場論、終極理論、萬物至理,物理學家用各種名稱來稱呼他們歸自然萬象於一統的嘗試。對某些人來說,這是他們領域中的聖杯,無不堅信有朝一日必得圓滿:物質盡皆由細小的、振動的弦構成;三維之外更有額外的空間維度;空間與時間逼近觀察時,不再光滑而連續,而是斑駁且離散。
  • 美妙的M理論
    況且在《時間簡史》問世後《大設計》問世前的20多年,隨著M理論的發展並被推崇為終極理論的候選者,宇宙創生的理論也納入了M理論的新成果。如果M理論被確認為終極理論,則我們找到了大設計。 《科學時報》:從科學史的角度切入,用「金魚物理學」的比喻,推論出「依賴模型的實在論」。霍金在書中有這樣一句話:「這提供了一個用以解釋現代科學的框架。」
  • 為什麼有人說量子力學推翻了所有科學理論?
    真正奠定了現代科學基調的是牛頓,而牛頓的理論其實很好地解釋了宏觀低速下的物理現象,不僅準確,還能預測。科學家就拿牛頓的理論僅僅依靠紙和筆就預言了「海王星」的位置。而量子力學和相對論是牛頓理論之後出現的理論,他們是不可能顛覆牛頓理論的,原因也很簡單,總不能我們自己把物理現象給測錯了對吧?所以,其實一個理論能不能名垂千古,全看它是不是夠準。
  • 他被稱為當今愛因斯坦,是距離終極理論最近的人
    用他自己的話說,這個理論意味著「你可以在瓶子中創造一個宇宙」。 撰文  《環球科學》資深編輯 韓晶晶去年7月,來自世界各地的180位物理學家聚集到了加拿大的圓周理論物理研究所,參加「It from Qubit」(IfQ)項目的首次大型研討會。
  • 是否有科學家因發現宇宙終極奧秘而自殺?你看他們不活得好好的嗎
    利用他發現的萬有引力理論和力學運動三定律,他讓他的上帝可以好好安息了,因為他只需要上帝在創世之初輕輕推一下,就是所謂的第一推動,宇宙就會按照物理定律永恆的運轉。這是何等驚人的發現?但他自殺了嗎?並沒有。
  • 宇宙終極理論,卻在「引力」上卡殼:破解它就能與高維生命交流
    這兩種理論都有一個共同的目標,嘗試著去構建「宇宙大一統理論模型」(也被稱為宇宙終極理論)。這兩個理論,雖然目前都能在一定程度上解釋宇宙中的物理現象!但是它們中可能只有一個是對的,又或者都是錯的。又可能出現一個全新的理論,把兩者容納進入!
  • 理論物理走到盡頭,尖端科技或將停滯?
    事實上,就目前而言科技水平並不受限於頂端的理論物理,以及之後的很長一段時間,限制都只會來源於人類大腦的想像力 簡單總結,只要不越過我們現有理論的紅線,科技便會一直發展,只不過是時間的長短罷了。 那麼理論物理走到盡頭了嗎?
  • 理論物理專業是個啥?
    理論物理學的主要工作是解決小到基本粒子,大到宇宙空間的幾乎所有物理問題,終極目標就是弄明白上帝是如何構造這個世界的——敢窺探上帝的心思,恐怕也只有物理學家有這個膽子。理論物理這個專業匯集了世界上最聰明的人。你知道頭髮亂糟糟的愛因斯坦嗎?他是一個理論物理學家。你知道那個坐在輪椅上的歪著脖子經常發表奇談怪論的霍金嗎?他也是一個理論物理學家。
  • 「萬物理論」是什麼?這個宇宙的終極答案
    那麼,何為「萬物理論」?這個詞指的是能把物理學所有領域納入其中的單一理論,它就是物理學界的聖杯。包括霍金在內的幾代物理學家已經為之傾盡畢生心血,可我們甚至都不知道這樣一個理論是否存在。對某些人來說,這是他們領域中的聖杯,無不堅信有朝一日必得圓滿:物質盡皆由細小的、振動的弦構成;三維之外更有額外的空間維度;空間與時間逼近觀察時,不再光滑而連續,而是斑駁且離散。而對另一些人而言,追尋大統一理論無異於獵取赫爾曼·麥爾維爾(Herman Melville)小說中的那頭白鯨:一個若隱若現、甚至根本就子虛烏有的獵物。
  • 宇宙終極的大統一理論可能並不存在
    事實卻可能如此,我們發現構成宇宙的粒子本身卻是不確定的,也就是說,我們可以有很多理論公式運用在局部具體事物上,但是實際上,沒有終極的絕對大統一的理論來描述整個宇宙及其中的萬事萬物。如果我們可以確定每個粒子的物理量,宇宙起始的每個參數,理論上這個宇宙一切都是註定的,包括過去和未來都是可以計算出的,那恐怕才是最不可思議的現象。