信使粒子打開超弦理論大門,科學家尋找的「統一理論」到底在哪?

2020-12-04 樹上長的宇宙果

對於廣義相對論和量子力學來說,他們之間的矛盾早已變得不可調解,但另一個橫空出世的理論卻讓它們不再彼此爭論。當然這不是說它們真的就從此不再爭吵,只不過這個新理論讓廣義相對論和量子力學兩位「老人」細細地觀察了一番,沒工夫再吵下去了而已,人們還為這個新理論取了一個好聽的名字——超弦理論。

但至於為什麼說超弦理論是橫空出世的,時間還要回到20世紀。那時的物理學家已經對粒子物理學感到前途渺茫:粒子模型就擺在桌上,它被證實也是早晚的事情,科學家能做的不過是補充些零散的細節,如果想超越極限或者把引力也包括進來——這項任務太難了,幾乎沒有人願意挑戰這些極限。

這時超弦理論出現了,在這一理論下,構成這個宇宙的基本單位不再是粒子,而是一根根類似橡皮筋的線。這樣的線非常小,它們可能就是組成原子的最小單元,也就是超弦理論的「弦」。弦的振動模式多不勝數,可能弦在一種振動模式下的模樣是氫原子,但換另一種的話就變成氮原子了。

有些科學家還從超弦理論的振動模式中發現這完全符合假想中引力的信使粒子——引力子,雖然這僅僅只是猜想,人們也從沒有發現過這些最小的引力單元。但科學家不願意放棄任何細節,只要超弦理論的特徵與信使粒子還算吻合,他們就會抱著試一試的心態繼續埋頭計算下去。他們還說,超弦理論很可能是包含著一個引力的量子理論。

雖然這一理論最開始遭到了大多數物理學家的反對,他們給出的理由是超弦理論在最初描寫強力時就是錯誤的,妄想再驗證同是四大基本力之一的引力簡直沒有任何意義。直到20世紀末,醉心於超弦理論的物理學家終於證明了這些矛盾,才讓這些話傳遍世界,才會有更多的物理學家參與進來一起追求更深度的秘密。

不僅如此,物理學家格林也說過:當你遇到超弦理論,你會發現它就仿佛所有物理進步的起點,這種感覺真的是美妙且獨一無二的。雖然超弦理論讓許多科學家相信它可以成為一個統一理論,但它在發展的途中也不可避免會遇到一塊塊的路障。

可超弦理論不同於其它物理定律,它甚至連自身的方程都很難確定。所以科學家在找不到前進的方法時,又只能回歸他們的老方法。但不妨換個說法,還沒有人能真正掌握超弦理論,現在的我們只是看到了它開的一個小孔。希望就在前方,但還沒有人擁有打開超弦理論的鑰匙。

不過一直堅信超弦理論的物理學家依舊相信自己選擇的道路,他們依然在費盡心思的打磨一套更新的方法,以此希望能克服在超弦理論道路上的諸多絆腳石。這不是個例,全世界的超弦理論學家都在為之努力,他們所有人的本領都將面臨一次巨大的考驗。雖然離超弦理論的終點還很遠,但盡頭就是光明,總有一天會走到那裡的。

被稱為「大一統」的超弦理論是憑什麼擊敗相對論和量子力學的?

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    通俗來講,在這個理論之下,這個世界最基本的構成單位不再是原子和分子,而是更小的「弦」。它們就像一根根橡皮筋,用震蕩的方式感染這個世界,每個粒子都是單獨的一根震蕩著的小線圈。當然我們也還不知道超弦理論是不是代表著大自然最終的方向,如果它是正確的,那麼超弦理論就順理成章地成為世界上的「大一統
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