宇宙的琴弦:別讓弦理論的名字騙了,其實它本身也由原子構成!

2020-12-24 百家號

當人們考慮與宇宙有關的一些問題時,音樂總是我們選擇的方向。從畢達哥拉斯古老的「天球的音樂」到「自然的和諧」,千百年來一直引導著我們去追尋天體平和運行的天然樂音和亞原子粒子混沌的喧囂。自超弦理論發現以來,音樂的世界成了驚人的現實,因為這個理論認為,微觀世界裡到處是小小的弦,它們不同的振動便合奏出宇宙演化的交響曲。根據超弦理論,變化的微風吹遍了整個宇宙。

另一方面,標準模型卻把宇宙的基本組成看做一點一點的沒有內部結構的粒子。雖然這個方法很有力量(標準模型提出的幾乎每個微觀世界的預言在百億億分之一米的尺度上都得到了驗證,那已經達到今天的技術極限了),卻成不了完備的或最後的理論,因為它沒有包括引力。而且,把引力囊括進它的量子力學框架的嘗試也都失敗了,原因是在超微尺度下,也就是在小於普朗克長度的距離下,空間結構將出現劇烈的漲落。

這個未解決的矛盾激勵著人們去尋找一個更深的自然理論。隨後,格林(MichaelGreen)和施瓦茲(John Schwarz)提出了第一個令人信服的證據,說明超弦理論(或簡稱為弦理論)可能是我們尋找的那樣東西。

弦理論革命性地修正了我們對宇宙超微觀性質的理論描述,物理學家慢慢發現,那修正正是我們需要的,它使愛因斯坦的廣義相對論與量子力學完全相容了。根據弦理論,宇宙的基本構成要素不是點粒子,而是有點兒像細橡皮筋的上下振動著的一堆絲線。不過,別讓這名字給騙了,它不像一根普通的弦,它本身也由分子和原子組成,弦理論的弦被認為是深藏在物質核心裡的。根據理論,弦是構成原子的粒子的超微觀組成元。弦理論的弦小得可憐,平均大約是普朗克長度的尺寸,所以即使用我們最靈敏的儀器來檢查,它們也顯得像點一樣。

不過,簡單地用弦來代替點粒子作為萬物的基元,能得到很多很遠的結果。第一點,也是最重要的一點,弦理論似乎解決了廣義相對論與量子力學間的矛盾。我們將看到,弦在空間延展的本性,是把兩個理論結合到一個和諧框架裡來的一個關鍵的新要素。第二點,弦理論提供了一個真正的統一理論,因為所有物質和力都來自同一個基元:振動的弦。最後一點,那就是,除了上面提到的成績,弦理論又一次極大變革了我們對時空的認識。

相關焦點

  • 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?
    兒子說:其實,是一頭驢。媳婦說:啥呀!就是一頭豬而已。超弦理論和弦理論有什麼區別?簡單地說,在弦理論的基礎上加入超對稱的概念後,僅僅解釋了強相互作用力的弦理論就發展到「可以」解釋四種基本作用力和構成物質的粒子——費米子的超弦理論。
  • 平行宇宙:多世界理論?弦理論?
    由亞原子物理產生出的理論分支仍然只是理論。這讓物理學的衍生方式大致與心理學相似。每一個理論既受追隨又受批評,類似於卡爾榮格、阿爾伯特艾利斯和西格蒙德弗洛伊德提出的心理結構理論。自科學發展以來,物理學家開始逆向分析宇宙:研究各種觀測現象,將思路向更微觀的物理世界拓展。通過這種方式,物理學家正在一步步接近宇宙最終的、最基礎的層面。
  • 弦理論是否能解釋宇宙的本源?
    圖解:物質放大呈現不同階段,終結於弦階段: ①物質 ②分子結構(原子) ③原子(質子、中子、電子) ④電子 ⑤夸克 ⑥弦它們都是由分子構成,而分子又由更小的原子構成。我們曾經認為它們就是世界的基本單元,直到我們將它們強力碰撞,由此發現了完全不可在切割的物質:基本粒子。
  • 在宇宙中,弦理論這種「神奇」的理論能告訴我們些什麼呢?
    近一個世紀以來,科學家已經知道,物質是由原子構成的,而原子又是由電子、質子和中子以多樣的方式組合而成的。20世紀60年代,物理學家發現了物質更深一層的結構,質子和中子由古怪的粒子——夸克——構成。
  • 天文科學:浩瀚宇宙中的物體卻都是由微小的物質構成,原子的世界
    大家好,我是本文的小編,歡迎閱讀我的文章,先送你一個麼麼噠~能關注我就送你兩個麼麼噠~地球在宇宙中是孤單的嗎?這是人類對宇宙提出的最大疑問。為了找尋答案我們曾仰望星空,但還有一個更大的疑問,那就是宇宙最初是如何形成的。這個問題的答案無法在太空中找到,而是蘊藏在構成萬物的最微小物質中。
  • 【宇宙探秘】在弦理論基礎上,黑洞毛毛球理論出現,它顛覆了我們對...
    廣義相對論中對黑洞的描述 黑洞是宇宙中最神秘的物體,它出現在愛因斯坦的廣義相對論中,根據理論描述如果一個物質被壓縮到足夠小的體積這個無限小的點被稱為奇點,它被一個被稱為「事件視界」的表面所環繞,在這裡,其內部引力的強大程度,連光在它面前都無法逃逸。
  • 世界的萬物到底是由什麼構成的?答案竟然是:什麼都沒有?
    德謨克利特第一個提出了原子說,他認為世間萬物都是由一種叫做原子(希臘文原意就是不可分割的意思)的小球構成的,每個小球都是一模一樣的,它們的不同組合構成了萬物的不同形態,包括你和我。你喝下去的一杯水,就是由無數個這樣的氣泡組成的,看起來滿滿一杯水,其實裡面99.9999999999999%是空的。如果把這杯水中所有原子中空的部分全部抽走,只留下原子核和電子,那麼這杯水剩下來的東西,你要用現在全世界最強大的電子顯微鏡放大差不多一億倍才能看到,現在你還認為你喝下的是一杯水嗎?」
  • 弦理論是從什麼尺度來解釋宇宙的?
    經過漫長的歲月,人類對宇宙已經有了深刻的認識,從地動到日動,到太陽系,一直到現在的弦理論。弦理論的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段「能量弦線」,大至星際銀河,小至電子、質子、夸克一類的基本粒子,都是由這佔有二維時空的「能量弦線」所組成的。
  • 宇宙的維度會比我們想像的更多嗎?弦理論是萬能理論嗎?
    弦理論在弦理論中,弦振動的小環(在理論中,它們是現實的基本對象)表現為不同的粒子(電子、夸克、中微子等)和自然的力載體(光子、膠子、引力子等)。它們在宇宙中表現的方式是通過震動,每根弦都很小,在我們看來不過是點狀的粒子,但每根弦都可以以不同的模式振動,就像你可以從吉他弦中得到不同的音符一樣。
  • 「弦理論」完美升級,科學解釋:為什麼「萬物皆有意識」?
    宇宙,這個說不清道不明的倆字,在人類一般的認識裡,只知道它浩瀚無邊,無窮無盡,囊括天地大小萬物,隱藏著無窮的奧秘,是空間和時間共同搭建起來的框架。而探索宇宙,仿佛人類的天生本能,世世代代都未停止過。在人類隱隱約約的印記中,宇宙的遙遠盡頭,仿佛隱藏著人類世世代代一直在探尋的什麼秘密,儘管人類早已不記得那個「秘密」究竟是什麼。
  • 德謨克利特:世界由原子和虛空構成,萬物皆從原子演化而來
    德謨克利特(約公元前460—公元前370),出生在色雷斯海濱的阿布德拉的商業城市,古希臘偉大的唯物主義哲學家,原子唯物論學說的創始人之一,他率先提出原子論,認為萬物由原子構成。古希臘偉大哲學家留基伯的學生。德謨克利特一生勤奮鑽研學問,知識淵愽,他在哲學、邏輯學、物理、數學、天文、動植物、醫學、心理學、倫理學、教育學、修辭學、軍事、藝術等方面都有所建樹。
  • 平行宇宙,多維度空間,怎麼用「弦理論」去解釋呢?
    在弦理論之前的那些物理理論,無論是牛頓的經典力學,還是麥克斯韋方程組,甚至是愛因斯坦的相對論,它們都沒有針對空間維度去進行特別的限制。那些方程無論在幾維空間都解得開,只是因為我們生活在三維空間中,所以他們更多地被應用在三維空間上。於是在南部陽一郎他們剛提出弦理論的時候,他們也沒多想,直接拿來解釋三維空間中的現象。
  • 擁抱第五維:這宇宙 只是個全息圖?-宇宙,天文,維度,二元性,弦理論...
    分子的多樣性可以理解為原子組合方式的多樣性。這些具有統一性的原理在很久以前就已經被人們發現。而當今物理學家尋求的,是把各種不同的作用力統一起來,找到它們一致的起源,比如電力和磁力是電磁力的兩個方面,而電磁力,或它的量子力學版本,可以被統一在弱互作用力之下。但是當前還沒有人能夠把所有已知的作用力——電磁力、強互作用力、弱互作用力、引力——成功地統一起來。
  • 原子被放大1億倍,呈現的框架或和宇宙相似,宇宙可能是微觀世界
    如果說我們可以把原子放大1億倍,是否就能呈現出一個微觀的宇宙呢?如果把微觀儘可能的做到擴展的非常大,能不能把它看作成宏觀?對整個人類在探索蒼茫宇宙的時候,湧現出了非常多難以用常理來解釋的現象,這些現象讓我們人類認識到自己有多渺小,科技有多麼落後,也再一次讓人類感受到宇宙的浩瀚無比,在這種種的謎團當中,其中有一個問題是非常令人類不可思議的,這個問題就是,如果說我們有能力把原子放大1億倍的話,是否它裡面會出現一個微觀的宇宙模型呢?
  • 為什麼統一宇宙的弦理論如此難以驗證?
    今天,我們來面對一個統一宇宙的理論,名為「弦理論」。在這個所謂的「萬能」理論當中,一切都可以合理的解釋,那麼它是否真的存在呢?讓我們來探索一下如何檢驗這個可能的「萬物理論」。我們知道,在弦理論中,微小的弦取代了傳統的亞原子粒子。
  • 宇宙中的天體加起來只佔了宇宙的5,剩餘的95到底是什麼?
    古希臘人有一個偉大的想法,宇宙是簡單的,牛,在他們心目中,你只需要四個要素,區地球工,還有水,正如理論所說這是一個美麗的,正如理論所說,它既簡單又優雅,它說通過以不同的方式組合這四個基本要素,它說,你可以創造出宇宙中所有奇妙的多樣性,例如,土和火,生成乾燥的東西,氣和水,但隨著理論的發展有一個問題浮現出來
  • 一種顛覆認知的理論,宇宙本質是二維,人類感知的三維只是投影
    宇宙中我們可以理解的一切,基本都存在原子結構,我們可以把一切物質或者能量分解,成為量子或者粒子狀態,但是在微觀世界中,還是存在一些我們無法理解的地方,比如量子的「量子糾纏」和「量子疊加」,經常有人會說:「科學的盡頭是玄學」,其實這個觀點是不正確, 因為科學是有理有據的探索
  • 物理學家認為,是由粒子和力場構成!宇宙的本源,並非物質?
    物理學家總是這樣描述宇宙:宇宙是由各種微小的亞原子粒子構成,這些粒子之間通過力場相互吸引或排斥。他們將這一學科稱為「粒子物理學」,將所用的研究儀器稱為「粒子加速器」。他們堅持認為,宇宙是一個像樂高玩具那樣由粒子搭建起來的模型。
  • 原子就是一個宇宙,微觀世界到底是什麼樣的?
    人們常常認為,量子力學的不斷進步,為人類認識宇宙提供了更好的條件。如果將一個原子不斷放大,我們就能夠從另一個層面看到與宇宙十分相似的場面。甚至有觀點認為,每一個原子中都是一個宇宙。科學家們並不認可相關說法,宏觀與微觀無法混為一談,原子仍然屬於物質,即便放大無數倍,其中仍然能夠擁有很多結構,只要人類的科技不停進步,就能夠將其不斷細分。這樣一來,就形成了人們在面對宇宙與原子時的比較,原子中的無數結構就好比宇宙中的浩瀚星辰,但是二者只有相似之處,其中仍然受到不同作用力的影響。
  • 科普知識:世界是由什麼構成的?東西方各有說法
    這個世界是由什麼構成的,這個問題也許很龐大,但是科學家的回答基本都是統一的,世界是由原子構成的!著名的物理學家費曼曾經說過,如果這個世界就要毀滅了,你只能給後世留下一句話的話,那麼這句話就應該是世界是由原子構成的。那麼人們是如何發現世界是原子構成的這個結論的?呢今天呢想帶著大家來回顧一下,首先呢我們先來說一說元素說。