超弦理論為什麼能輕易解決量子力學無法解決的引力問題?

2020-12-04 樹上長的宇宙果

如果你了解什麼是超弦理論,你會感嘆到它的框架是那樣的迷人(也可以在最下方查看我的其它文章),但更吸引人的地方還在於超弦理論能緩和引力與量子力學之間的對立。我們都知道廣義相對論和量子力學是不共戴天的,廣義相對論講述的是時間和空間體系,而量子力學卻說世間萬物都在被量子觸摸。

對於量子力學來說,尺度距離越小,解釋就越精妙。但這尺度到了普朗克尺度以下,也就是遠小於原子核的尺度時,廣義相對論直接「死機」了,這對它來說根本沒辦法解釋。可超弦理論為什麼能在其中如魚得水,難道這就是超弦理論被稱為「大一統」理論的原因嗎?

總的來說,超弦理論用弦的尺度就可以解決很多問題。首先,假設普朗克尺度以下的空間是以粒子形式建立的。從這點思考這個世界的話,我們想像的所有物質都是被一個個點狀粒子組成的,因為又都是點狀的,但點又沒有空間大小,我們只好走進了一個永遠轉不過來的彎道——點沒有大小,但它們組成的物質卻又有大小,這很矛盾。

超弦理論則告訴我們,遭遇這些問題只是因為我們沒有懂得真正的遊戲規則。超弦理論的新規則告訴我們,傳統的距離概念在超微觀世界中是無法應用的。點雖然小,但也一定有個極限,只是我們不知道那個極限,就只好在點粒子路線一直走下去,卻不知道一直走在真理的邊緣。

可能有人會感覺很奇怪,既然廣義相對論和量子力學的矛盾這麼容易被超弦理論解決,那為什麼過了這麼久人們才發現粒子是一種理想化的意義。事實上這些基本粒子確實是有空間大小的,不僅如此,它們還更加奇妙。提出納米概念的費曼都曾說過大自然的基本組成可能不是一些點,而是一些更「零碎」的東西。

但這很難作為一個理論,大家可以想像一下,構成這個世界的基本元素不再是粒子,卻還要滿足最基本的物質原則,如量子力學中的守恆原則。如果非要把世界強加一個基本原理並從這裡作為起點的話,廣義相對論和量子力學也會遭到破壞。於是這一派的物理學家也只好放棄把這種粒子以外的事物作為基本的理論,直白告訴大家,這也是不可能的。

當然最終我們還要回到超弦理論和引力的關係,從上面看,超弦理論確實有動人的地方,即使它還很新,也有一些還要進步的空間。但它確實滿足了任何一個合理的物理理論所要求的特性,並且最重要的一點,超弦理論能解釋引力,這至少是量子力學沒有做到的。

最後想告訴大家,在這裡我不想討論超弦理論是否完全的正確,關於這一點恐怕連愛因斯坦都無法保證自己的相對論是完全正確的理論,本文也只是想為大家傳輸超弦理論的迷人之處。當然,超弦理論帶來的驚喜,遠不止這一點!

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    量子力學是現代物理學最大的成就之一,但它也存在著諸多問題。對此,最有潛力的解決方法之一就是德布羅意-玻姆理論,又稱玻姆力學。但是,這一理論一經提出就受到廣泛質疑,甚至德布羅意和玻姆本人都曾放棄過。如今,這一理論重新煥發了光彩,許多研究者試圖將它與廣義相對論和量子場論相統一,以完成「大一統理論」。
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