挽手话别语
新浪微博
微信
当前位置:挽手话别语网 » 平面

弦理论能否解释宇宙的本质?

宇宙的真正本质是什么?为回答这一个问题,人类提出了各种描述世界的理论。我们检验这些理论并且得知哪些可以保留,哪些应该抛弃。比如“地心说”“日心说”等等。不过我们了解的越多,我们的理论就变得更加奇怪和复杂,有些理论尤其是这样,以至于很难理解它们讲的是什么,比如弦理论,一项著名的颇受争议的并且常常让人误解的关于万物本质的理论。我们为什么要提出它?它是正确的吗?或者,它也应该被摒弃吗?


弦理论能否解释宇宙的本质?


要理解物质的真正本质,我们就需要近距离观察那些让人惊叹的事物,尘埃中的奇妙景观,各种奇异的生物,这些全部都是由分子结构组成的,组成分子结构的无数更小的东西--原子。我们曾以为它们就是物质的最小级别,直到我们把它们狠狠的撞在一起,然后发现了无法再被进一步分割的东西--基本粒子。不过这里有个问题,基本粒子太小了,以至于我们没法观测它们。

想想这个问题,“看”是什么?要看一个东西,我们需要光,一种电磁波,而这种波遇到物体表面后会被反射回来进入你的眼睛,这断波携带了大脑用于产生图像的信息。所以你不与那个物体以这种方式进行接触便无法看到它,“看”便是接触,是一个主动而非被动的过程,这点对于大多数物体来说不算问题。但基本粒子非常非常的小,小到我们用于“看”的电磁波对于它们来说都太大难以碰到它们了,可见光波长太长只能与它们擦肩而过。我们可以通过制造更多更短波长的电磁波来解决这个问题,但是波长越短意味着能量越高,所以当我们用一段携带了很高能量的波接触一个基本粒子时,这段波会改变微粒,也就是观测本身就会影响结果,所以我们没办法精确测量基本粒子。这个现象极为重要,它叫“海森堡测不准原理”,这是量子力学的基石。


弦理论能否解释宇宙的本质?



那么,一个基本粒子究竟是什么样的呢?它的本质又是什么呢?我们不知道。

如果我们很努力的去观察,能观察到模糊的一团,但这不是粒子本身,我们仅仅知道粒子在那里。但要是只能到这个地步的话,我们怎么对它们进行科学研究呢?和前人一样,我们创立了一套新的理论:一种数学化的虚构,点粒子理论。我们假设一个粒子是空间中的一点,任何电子都是一个带有一定电荷和质量的点,并且不对电子做区分,这样物理学家们便可以定义和计算它们所有的交互作用,这被称为“量子场论”,并且事实上也解决了不少的问题。所有粒子物理的标准模型都是基于它而构建的,它也很准确的预测了许多东西:比如一些电子的量子属性已经被验证过,且精确到0.0000000000002%。虽然基本粒子并不是点,通过假设它们是点,我们对宇宙有了很多的了解。这个理论不仅推动了科研,同样也促成了许多我们日常应用技术的诞生,比如:超流体,核磁共振和磁悬浮。不过有个大问题---重力,在量子力学中,所有的作用力都是由特定粒子产生的,但根据爱因斯坦的广义相对论,重力和宇宙中其他作用力不同。如果宇宙是一场舞台剧,粒子就像是演员,重力则是那个舞台。简单的来说,重力是种几何学,空间-时间的几何学,所以我们对长度必须要有精确的定义。但是由于在量子世界中没有办法进行准确的测量,我们的重力理论和量子力学之间有了冲突。当物理学家试着用创造新粒子来描述重力时,他们发现,他们无法使用数学工具,这就是个大问题了。如果我们能把重力和量子力学以及标准模型结合到一起的话,我们就能得到一个有关于一切事物的理论。所以聪明绝顶的物理学家们又提出了一个新理论,他们提出一个问题:比点更复杂的是什么呢?一条线或者是一条弦,弦理论就此诞生。


弦理论能否解释宇宙的本质?


​弦理论的精妙之处在于它把许多基本粒子描述为弦的不同模式的振动,就像小提琴琴弦的不同振动能演奏出不同音符一样。一根“弦”能表示不同的粒子,最重要的是这将重力这个难题也包括进来了。弦理论可以统一宇宙中所有的基础作用力,这引起了人们极大的热情和大量宣传报道,弦理论很快成为了可能解释一切的理论。但遗憾的是弦理论自带许多限制,许多涉及弦理论基础的数学工具,我们的传统四维时空中并不适用,它需要将时空扩展到十维才能成立,因此弦理论学派在宇宙模型中进行了计算,并且试着剔除多出的六个维度从而对我们的宇宙进行描述,但是至今为止无人成功,并且弦理论中的预测没有在实验中得到证明。所以弦理论并没有为我们揭示宇宙的本质,看到这里,你可能会认为弦理论完全没有一点用,但是科学的整体就是猜想假设和实验验证,如果我们没法验证,为什么还要纠结于弦理论呢?这是我们如何使用弦理论的问题,物理学家基于数学进行研究,比如2+2=4,不管你怎么想,它都是正确的。而数学在弦理论中确实发挥着作用,这就是弦理论还有用的原因。比如你想要造一膄轮船,而你却只有小木舟的图纸,它们之间虽然有很大差异,但是最终的本质是一样的,都是可以浮在水面上的东西。所以通过研究小木舟的图纸,最终或许可以学到一些关于建造轮船的知识。

借助弦理论,能试着解决困扰物理学家们数十年的量子力学中重力相关的一些问题,比如黑洞是怎么一回事,或是黑洞信息悖论,弦理论也许能为我们指明正确方向的工具,帮助他们探索量子世界中新奥秘和更好的数学理论,这就是弦理论的作用。弦理论没能成为宇宙本质的统一理论,但也必将成为迈向真理的基石。

本期的内容到这里就结束了,原创不易,欢迎关注,收藏,转发,点赞,或是留言到下方评论区说出你不一样的看法

(以上图片均来源于网络,如有侵权,请联系作者删除)