弦理論過於縹緲，科學家找了新的理論來解釋引力

2020-11-08 科技領航人

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。但是，由荷蘭拉德堡德大學（Radboud University Nijmegen）物理學家領導的國際合作現在提供了令人信服的證據，即弦論並不是唯一可以形成這種聯繫的理論。他們證明，有可能構建一個無須遵守弦理論且符合物理學所有基本定律的量子引力理論。他們在上周的《物理評論快報》中發表了他們的研究成果。

當我們觀察宇宙中工作的引力時，例如行星的運動或接近黑洞的光，一切似乎都遵循愛因斯坦在他的廣義相對論中寫下的定律。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。

縹緲的弦理論

在20世紀70年代，物理學家提出了一套新的物理原理來解決這個問題，擴展了廣義相對論提出的定律。根據這個所謂的"弦理論"，我們周圍的一切都不是由點粒子形成的，而是由弦形成的：振動的一維物體。自引入以來，弦理論一直是最普遍的理論框架，被認為是完成愛因斯坦廣義相對論的量子引力理論。

然而，拉德堡德大學（Radboud University Nijmegen）理論物理學家的新論證表明，弦理論並不是唯一的方法來做到這一點。"我們表明，使用量子力學解釋引力還是有可能的，而不用弦理論定律。"理論物理學家弗蘭克·索雷西格說，「我們證明，一切由點狀粒子組成的理念仍然可以與量子引力相適應，但不包括弦。這種粒子物理框架也經過實驗驗證，例如，在 歐洲核子研究組織（法語：Conseil Européenn pour la Recherche Nucléaire） 的大型強子對撞機 （LHC）。」

在實驗中看到

「對於科學家來說，這種替代理論很有吸引力，因為將弦理論與實驗聯繫起來非常困難。我們的想法使用了已經通過實驗測試的物理原理。換句話說：沒有人在實驗中觀察到弦，但是粒子卻是 人們在大型強子對撞機（LHC）實驗中肯定會看到的東西。這使我們能夠更輕鬆地彌合理論預測與實驗之間的鴻溝。」

只有一套規律

在證明了他們的想法能夠解決粒子物理學中長期存在的問題之後，該研究團隊目前正在黑洞水平上探索其新規律的結果。「畢竟，只有一套自然規律，這套規律應該能夠適用於各種問題，包括當我們以極高的能量碰撞粒子時會發生什麼，或者當粒子落入黑洞時會發生什麼。這將會能夠證明這些看似無關的問題之間確實存在聯繫，可以解決雙方出現的困惑，這真是太棒了。」

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    到今天為止，物理學家要想協調這兩種理論來解釋最大和最小尺度的引力，還存在嚴重的困難。弦是振動的一維物體20世紀70年代，物理學家提出了一套新的物理學原理來解決這個問題自提出以來，弦理論一直是最廣泛的理論框架，它被認為是將愛因斯坦的廣義相對論完善為量子引力理論。
  • 弦理論
    弦理論用一段段「能量弦線」作最基本單位以說明宇宙裡所有微觀粒子如電子、質子及夸克都由這一維的「能量線」所組成。較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由零維的點粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題，但是此理論所根據的粒子模型卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，弦理論的基礎是波動模型，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。
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    與此同時，帕斯（弦理論科學家）和他的同事也在進一步修正他們的理論。帕斯承認：「我們的理論粗看上去有一點投機取巧。不過我認為，仔細討論一種可能的解釋，看看它是否被證實，這也是絕對必要的。」從科學研究本身看，研究引力的量子化及其與其他互相作用力的統一是自愛因斯坦以來國際著名物理學家的夢想，但由於該理論涉及的能量極高，不能進行直接實驗驗證。儘管如此，一些技術和方法的發展，啟發了很多新的物理思想，如解決能量等級問題的Randall-Sundrum模型和引力局域化，關於弦理論巨量可能真空的圖景想法和人擇原理等等。
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    有很多不同的定義科學的方法，但也許每個人都同意的一個方法是:關於自然世界或某種特殊現象的知識被收集起來，一個可測試的假設是關於對這種現象的自然的，物理的解釋，然後這個假設被驗證，或者被證實或者被證偽，一個包羅萬象的框架——或者說是科學理論——被構建來解釋這個假設並對其他現象做出預測
  • 弦理論到底在說啥?
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    畢竟沒有科學證據能夠證明，宇宙大爆炸實實在在的發生過，同時現在的科學家開始有了一系列新的發現，弦理論就是在這個基礎上，逐漸的開始發展起來，隨著我國科教頻道的一個紀錄片出現，弦理論更加引起大家的注意。隨著科學的不斷發展，重離子和超重力開始出現，此時弦理論終於找到了一些依據。一九八零的時候終於第一個超弦理論模型出現了，這個科學研究帶來了一個新的變化。提出這個模型的是史瓦茲和格林，他們的模型建立在多位空間，能夠處理在十維空間裡的開弦振 ，這些理論讓弦能夠彼此間連結，也能出現完全的斷裂。
  • 一文看懂：重力、引力、引力子、弦理論、圈量子引力論之間的關係
    ，而牛頓對萬有引力的解釋是，兩個有質量的物體之間有一根看不見的線，那這個解釋顯然是不能讓人滿意的，所以呢物理學家就花了數百年的時間，都一直在尋求這個問題的答案，很遺憾地告訴大家，目前的科學家還沒有給出一個標準的答案來解釋引力到底是如何產生的，無數的科學家都把這個問題視為目前物理學界的終極問題，雖然到現在還沒有標準答案，但是目前有一些非常有意思的未證實的理論，我們慢慢來說。
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    重力&引力說到重力，其實就是牛頓發現了萬有引力的一種，而牛頓對萬有引力的解釋是，兩個有質量的物體之間有一根看不見的線，那這個解釋顯然是不能讓人滿意的，所以呢物理學家就花了數百年的時間，都一直在尋求這個問題的答案，很遺憾地告訴大家，目前的科學家還沒有給出一個標準的答案來解釋引力到底是如何產生的，無數的科學家都把這個問題視為目前物理學界的終極問題
  • 弦理論和超弦理論是什麼?它們能解釋宇宙的起源嗎?
    問題的關鍵就在這裡：他寫出方程組來描述四維空間的翹曲，結果發現它就是科學家一直以來描述電磁力的那個公式，而不是別的什麼。這個發現讓他激動得不得了，他圍著房子邊跑邊叫：「我勝利嘍！我勝利嘍！」他認為自己已經發現了統一理論。顯然，卡魯扎這個人很看重理論。有一個關於他的故事：當年他想學遊泳，就買了一本教遊泳的書，看完之後他就跳進了大海。
  • 為什麼弦理論不是科學理論?
    定義科學有非常多鍾方法，但也許每個人都可以同意的一個方法是：1.收集有關自然界或特定現象的知識；2.提出了關於該現象的合乎自然規律和物理解釋的可檢驗假設；3.對假設進行檢驗，驗證或推翻它；4.並且構建了一個總體框架或科學理論來解釋該假設
  • 如此玄幻的弦理論究竟是什麼?
    弦理論是一個前沿的觀點，即所有基本粒子實際上都是弦的微小振動環。弦理論試圖將20世紀物理學的兩大支柱——量子力學和愛因斯坦的相對論，與一個可以解釋所有物理現實的總體框架結合起來。它通過假設粒子實際上是一維的、像弦一樣的實體來實現這一點，這些實體的振動決定粒子的特性，比如它們的質量和電荷。
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    我們都知道，早期弦理論一度被打入冷宮，只是後來經過施瓦茨等人的不懈努力，才發展出了後來的升級版本「超弦理論」。相信很多人都會有個疑問，為什麼叫「超弦理論」。這裡的「超」到底是個啥意思？它和之前的「弦理論」到底有什麼區別？今天我們就來解答這個問題。