愛因斯坦未能完成的統一場理論,物理學家依然在探索,且初見成效

2020-12-22 騰訊網

愛因斯坦的夢想依然有人追隨

阿爾伯特·愛因斯坦無疑是那個年代最偉大的物理學家之一,在人到晚年的時候,他曾苦苦的追尋那難以解釋的統一場,試圖用理論統一所有的自然力量,但最後也是以失望而告終。不過他的這個夢想卻沒有泯滅,因為有一小群理論物理學家一直堅持著對他統一場理論進行研究,而且還有了一定成果,雖然目前還不能把各種物理現象所表現的相互作用統一,但這個成果卻可以解釋現代科學面臨的一些問題。

廣義相對論的缺陷

愛因斯坦的「廣義相對論」預測並解釋了宇宙中的很多奇怪現象,包括光在大質量物體周圍的彎曲和黑洞的形成等等,雖然廣義相對論認為黑洞應該存在,但當它試圖描述黑洞的核心時,廣義相對論就完全崩潰了。在亞原子尺度下,量子力學起著支配作用,當引力變得強而短距離時,廣義相對論甚至無法做出預測。這些是我們知道廣義相對論不足的地方,但除此之外,天文學家還注意到了兩種現象,這兩種現象也不能完全用廣義相對論解釋,這兩種現象就是:宇宙中所謂的暗物質)的存在;宇宙正在加速膨脹 (這被認為是由尚不為人知的暗能量引起的)。

愛因斯坦的夢想

愛因斯坦本人也曾試圖突破「廣義相對論」的極限,但激發他這麼做的原因,並不是黑洞奇點或加速宇宙的謎題,相反,愛因斯坦被一個更高的目標所驅使著,他試圖將所有已知的物理定律統一在一種單一的數學框架中。一邊是引力,以現在著名的廣義相對論為代表,另一邊是電磁學,以麥克斯韋方程為代表。

廣義相對論2.0版本

在他試圖建立一個關於一切的超級理論的過程中,愛因斯坦引入了「廣義相對論2.0」版本。基本版本的相對論關心的是時空曲率,因為事實證明,只需要曲率來解釋引力,但2.0版本更關注的是時空扭曲或扭轉。愛因斯坦曾希望時空的彎曲會以某種方式與電磁學有關,但遺憾的是,他找不到任何解決方案,所以新的理論也隨著他的去世而消亡。

弦理論以及遠距平行引力

但其他物理學家從未放棄這個夢想,從那時起,他們就一直試圖沿著愛因斯坦的足跡,繼續為統一物理學而付出,因此「弦理論」誕生,它是比較成熟的概念之一,它認為所有的粒子都是微小振動的弦。但弦理論不是基於愛因斯坦關於時空彎曲的最初觀點而產生的,所以物理學家們又從相對論出發,由這個角度重新審視了這個最初觀點,於是誕生了「遠距平行引力」。

遠距平行引力理論的來歷

「遠距平行引力」這個名字來自愛因斯坦的幾何框架中,他檢驗了遠距離平行線的本質,即探索時空的曲率和彎曲是如何影響物質和能量的運動。雖然物理學家並不認為這個理論可以統一物理學,但是它可能是引力新理論的一個補充。因為理論物理學家已經使用「遠距平行引力」來解釋宇宙的加速膨脹了,即大爆炸後的早期宇宙膨脹時,和最近一個觀察之間的衝突等問題的不同測量宇宙膨脹速度。換句話說,遠距平行引力已被證明是具有一定預測性的。

遠距平行引力理論與弦理論結合

「遠距平行引力」可能是一個有用的研究引力的新方法,不過它並沒有揭示基本物理學定律,相反,物理學家們一直在使用「弦理論」來做這項工作,所以自然就產生了一個問題,號稱是萬物終極理論的弦理論,如果遠距平行引力理論可以解決所有這些棘手的問題,比如暗物質和暗能量,那麼這兩者到底是弦理論的自然結果流動,還是這兩條獨立的線彼此沒有任何聯繫呢?所以,理論物理學家已經開始將遠距平行引力理論與弦理論結合起來,遠距平行引力理論將作為弦理論的一個補充和擴展。

兩種理論的結合或許能完成愛因斯坦的夙願

關於這兩種理論的結合還是有很多工作要做,如果得到進一步的證實,那麼物理學中將從此增加一項新的理論「遠距平行引力弦理論」,雖然與愛因斯坦預想的方式不同,但他的夢想終歸是實現了,而物理學也將迎來一次較大的飛躍。朋友們,有什麼需要討論的、或者你有什麼見解,我們評論區見!

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