弦理論說我們至少有10個維度,但這還不是最奇怪的

2020-12-05 老胡說科學

量子物理學很奇怪。一旦你認為你理解了,你就會發現另外五個你不理解的原因。以這個為例:量子物理的標準模型說,一切都是由基本粒子組成的,包括夸克、電子和質子。但是弦理論說不完全是。所有這些不同的粒子只是弦,以各自的方式振動。這聽起來似乎增加了不必要的複雜性,但它可以解決困擾量子物理學數十年的問題。

用「弦」綁著的量子粒子

標準模型

正如你在上圖表中所看到的,標準模型說宇宙有12個基本組成部分:6個夸克和6個輕子。與此相關的是四種基本力:重力、電磁力、弱核力和強核力。令人驚訝的是,科學家們最困惑的是其中最熟悉的重力。

其他三種力都來自於基本粒子的交換:光子傳遞電磁引力,膠子是將強核力結合在一起的「膠水」,W玻色子和Z玻色子將弱核力結合在一起。科學家們提出了一種可能與引力有關的粒子,叫做引力子,但我們不確定它是否存在。

這就是弦理論的用武之地。弦理論認為,每個基本粒子只是一個非常小的弦環的不同版本。就像吉他弦以不同的頻率振動產生,這些弦以特定的方式振動產生不同種類的粒子。以一種方式振蕩,我們看到一個電子,以另一種方式振蕩,我們可能會看到光子或奇怪的夸克。一旦你接受一切都只是振蕩的弦,就很容易接受存在一種產生引力子的振蕩。萬有引力之謎解開了,四種自然力終於統一了。

10個維度的空間

也許弦理論並不那麼簡單。首先,它要求宇宙至少要有10個維度才能運轉(有些版本甚至需要多達26個維度)。那麼,我們是如何感知四個維度的呢?上下、左右、前後和時間。

一種是緊化,或者認為其他維度被摺疊下來,使我們無法感知它們。這有點像直接從側面看一張紙,你只能看到一條線,儘管那張紙有很多你看不到的表面積。其他理論則認為存在一種叫做膜的高維物體。不幸的是,所有這些可能性和解釋都還沒有提出物理學家們所追求的那個閃亮的統一理論。不過,這並不能阻止他們去嘗試。

相關焦點

  • 我們熟知的現實世界存在十個維度?另外六個維度在哪裡?
    物理學家告訴我們,如果我們能縮小數十億倍,我們就能發現那個微小捲曲的維度,存在於宇宙每個角落,就像螞蟻在電線上的探險一樣探索額外的維度。認為另一維度處處存在的想法就是弦理論的核心。事實上,弦理論的數學計算要求不止增加一個維度,而是要再增加六個,扭轉捲曲的複雜微型結構!
  • 什麼是弦理論?真有10500個獨一無二的宇宙?
    但在該理論萌芽之後,研究人員相繼提出了五種不同的、解釋一維的弦如何在10維宇宙中振動的模型。1995年,科學界迎來了第二次弦理論革命。物理學家發現,這些各自迥異的理論實則互相關聯,並且可以與另一套名為「超引力」的、運用於11維空間的理論相結合。弦理論就此演變成了我們如今所知的形式。
  • 究竟什麼是弦理論?
    究竟什麼是弦理論?我們通過以下一些問題帶你認識21世紀最偉大的理論之一。【1. 什麼是弦理論?】
  • 科學解釋10個維度以及維度帶來的可能性
    目前我們地球上的維度是第三維度,是非常有限的一個維度,而我們正在進入第五維度,這是一個幾乎任何事情都是可能的維度。科學界已經發現了有十個維度。關於不同維度及其可能性的信息在很大程度上是相通的,並且物理學家也使用弦理論來解釋這十個維度——弦理論認為宇宙的存在是基于振動的,每種類型的振動與宇宙中的不同粒子相關。
  • 我們並未找到四維空間,為啥科學家說宇宙有11維度?
    我們經常聽到弦理論說整個宇宙是11維度的,但是我們實際生活的世界卻是3維的,另外的維度在哪裡?是不是科學家在忽悠大家?今天我就來談談這個問題。首先要區別兩個概念,宇宙有多少個維度,這是一個話題。我們生活的空間有多少個維度,這是另一個話題。
  • 據說宇宙有13個維度,那麼各個維度都代表著什麼?
    我仔細想了想貌似現在關於宇宙維度的學說中,還真沒有一個13維度,頂多就是弦理論的26個維度,超弦理論的10個維度,M理論的11個維度,這個13維度是不是新學說?
  • 幾分鐘帶你了解前沿理論——弦理論
    奇怪的是,這個理論需要十一個維度才能運作——而不是我們通常所熟知的三個空間和一個時間維度——這並沒有阻止支持它的物理學家。他們簡單地描述了額外的維度是如何全部蜷縮在一個極其微小的空間裡的,大約是10^-33釐米,小到我們通常無法探測到它們,NASA稱。研究人員已經運用弦理論嘗試回答了關於宇宙的基本問題,如黑洞裡發生了什麼,並模擬嘗試模擬宇宙大爆炸的過程。
  • 科學解釋10個維度以及維度帶來的可能性
    靈性社區經常會探討不同的維度。目前我們地球上的維度是第三維度,是非常有限的一個維度,而我們正在進入第五維度,這是一個幾乎任何事情都是可能的維度。科學界已經發現了有十個維度。關於不同維度及其可能性的信息在很大程度上是相通的,並且物理學家也使用弦理論來解釋這十個維度——弦理論認為宇宙的存在是基于振動的,每種類型的振動與宇宙中的不同粒子相關。
  • 宇宙的維度會比我們想像的更多嗎?弦理論是萬能理論嗎?
    科學家希望所有的力,所有的粒子,所有的常數,所有都能處在一個理論框架下,而我們看到的一切都是微小的,振動的弦的結果。事實上理論家們從20世紀60年代就開始研究這個想法,他們首先意識到的是,要讓這個理論起作用,就必須有比我們習慣的四個維度更多的維度,這想法聽起來相當瘋狂!
  • 宇宙到底有多少個維度?
    我們物理世界的一個特點如此顯而易見,以至於大多數人從未懷疑過空間是三維的這一事實。——海茲·帕各斯我們所身處的這個世界究竟有多少個維度?這取決於你問的是誰。【工程師、數學家和物理學家】如果你問一位工程師,他會拿出一個分度器和直尺進行測量,並很快就會得出世界是三維的:長、寬、高。的確,這三維已經足以描述我們的可見宇宙中的所有物體。
  • 弦理論和M理論解釋的宇宙大戰:不是10維,而是11維!
    然而,令人頭疼的是,弦理論有五個獨立的候選者,每一個看起來都與其他截然不同,哪一個可能是對的呢?五種不同的弦理論這五種不同的弦理論有幾個共同點:首先,它們都涉及到字符串;它們還要求宇宙總共有10個維度(通常的3個空間維度,加一個是時間維度)還有6個更微型維度,這些維度很小,在亞微觀尺度上蜷縮在自己身上。
  • 什麼是弦理論?
    這是一個從一開始就吸引科學家的問題。多年以來,我們很大程度上了解了是什麼構成了人類以及我們周圍的其他事物。例如,我們知道物質是由原子構成的。物理學家能夠觀察這些原子的內部,發現它們是由電子、質子和中子三種粒子組成。進一步研究現,質子和中子是由叫做夸克的更小粒子組成。
  • 弦理論和M理論:一場解釋的宇宙大戰:不是10維,而是11維!
    然而,令人頭疼的是,弦理論有五個獨立的候選者,每一個看起來都與其他截然不同,哪一個可能是對的呢? 五種不同的弦理論 這五種不同的弦理論有幾個共同點:首先,它們都涉及到字符串;它們還要求宇宙總共有10個維度(通常的3個空間維度,加一個是時間維度)還有6個更微型維度,這些維度很小,在亞微觀尺度上蜷縮在自己身上。
  • 在量子理論的表面之下,存在著一個充滿活力的弦理論世界
    「我成長為一名物理學家,就生活在那片平地上,那個二維空間裡,」研究這些奇怪物質形式的哈佛大學物理學教授蘇比爾薩赫德夫說。現在,有一個全新的維度需要探索,他說,「你可以把這些粒子想像成僅僅停留在那個表面上。」在所有奇怪的物質形式中,銅酸鹽可能是最奇怪的。銅酸鹽是一種含有銅的金屬,具有高溫超導性。
  • 高維度生物真的可以隨意穿梭在我們的宇宙中嗎?
    人類目前對高維度空間一無所知。自從相對論把時間統一歸入到四維時空,從而一舉解決麥可遜-莫雷實驗發現的光速不變問題後,空間升維成為解決物理疑難的一大利器。首先作出嘗試的是卡魯扎,他通過增加一個空間維度,把電磁力統一進廣義相對論裡面,(雖然後來證明存在問題)後來弦理論發展起來,空間維度曾經一度增加到25維,然後加入超對稱理論的超弦理論,把空間維度將為九維,最後由M理論把空間維度最終確定為十為維。無論增加多少維,目的只有一個:解釋已知現象。把所有已知物理規律用同一套物理理論來描述,這是物理學家的夢想。
  • 為何要說宇宙有11個維度?除了已知4個維度外,其他的維度在哪?
    我們先來搞清楚這個11維的概念,它指的是,10維空間再加上時間這個單獨的維度。順便再科普一下,我們平常所聽到「時空」和「空間」是兩個不同的概念,比如說「4維時空」指的是3維空間再加上時間。那麼為什麼要說宇宙有11個維度呢?今天我們就來講一下。
  • 什麼是弦理論?優雅的數學描述強相互作用力
    但在該理論萌芽之後,研究人員相繼提出了五種不同的、解釋一維的弦如何在10維宇宙中振動的模型。1995年,科學界迎來了第二次弦理論革命。物理學家發現,這些各自迥異的理論實則互相關聯,並且可以與另一套名為「超引力」的、運用於11維空間的理論相結合。弦理論就此演變成了我們如今所知的形式。
  • 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?
    神秘的弦理論2:弦的第一次革命作者:李春生(書房記特約專欄作者)引子:一個小寓言大山裡的一個家庭最值錢的財產是家裡養的一隻動物。這隻動物是什麼呢?家庭成員們卻有不同看法。公公說:這是一隻神奇的鹿。婆婆說:這是一匹矯健的馬。兒子說:其實,是一頭驢。媳婦說:啥呀!就是一頭豬而已。
  • 維度空間到底存不存在?我們對維度是不是有什麼誤解?
    我也覺得維度都是不存在的,存在的只有物質存在的形式。時間也是不存在的。世間萬物的變化都是基於物質的變化而產生了時間概念。比如說人慢慢變老,這是時間造成的嗎。我覺得是物質的改變造成的。所說的穿越,我覺得也不是時間空間的存在,當你可以控制物質改變的速度時,這也就是穿越了。
  • 弦理論的十一維空間,高於11的維度都會給出非物理結果
    但是在空間維度這方面取得驚人成功的不是愛因斯坦,而是卡魯扎 1919年一個無名的波蘭數學家,來自柯尼斯堡大學的卡魯扎卻敢向顯然的事實挑戰,他提出宇宙也許不止有三個空間維度,而是有更多,當時聽起來就是傻話,但是這傻話卻動搖了物理學的基礎。