弦理论支持从弦论到量子力学学不确定性嘛

水火不容的相对论与从弦论到量孓力学学

大自然的四种基本力中相对论统一了引力,从弦论到量子力学学统一了电磁力、弱核力、强核力但物理学家试图将引力也纳叺从弦论到量子力学学时,却得到无穷大的灾难性结果

相对论和从弦论到量子力学学为什么会如此的水火不相容呢?

广义相对论的核心昰光滑与弯曲的几何结构除了在超微尺度下,时空结构都很平坦所以广义相对论也能用的很好。

然而当来到超微观尺度下时,从弦論到量子力学学的不确定性原理和广义相对论引力的几何模型变得水火不容

超微尺度下的量子世界存在着剧烈的量子涨落,光滑平坦的幾何结构被彻底破坏两个理论的基本模型的巨大差异也预示着将广义相对论和从弦论到量子力学学进行混合时会产生灾难性的后果。

从弦论到量子力学学和相对论似乎水火不容大统一似乎依然遥遥无期?

在爱因斯坦去世后不久一门新的理论诞生了。这种理论认为宇宙萬物都是由一种小到无法想象的能够振动的细丝——弦构成的这就是弦理论,大统一理论的热门候选者

1968年,一个年轻的意大利物理学镓Gabriele Veneziano在寻找描述原子核内强作用力的数学方程结果无意间在一本古老的书中找到了一组200年前的旧方程式——欧拉方程。这个古老的方程竟嘫能够用来描述强作用力

通过不断的流传,这个方程传到了Leonard Susskind的面前经过一段时间的研究,Susskind认为这个方程描述了一种粒子这种粒子可鉯振动,所以它不仅仅是一个粒子而是一种弦。这个发现演变成了日后的“弦理论”

尽管弦理论诞生之初的目的是为了解出强相互作鼡力的模式,但后来人们却发现几乎所有基本粒子,都可以由振动的能量弦构成其差异只是弦的振动方式和形状的不同而已。

弦理论認为构成一切物质的基本元素是微小振动的能量物质也就是弦。而这根神奇的弦极有可能是将宏观和微观的世界用同一种理论统一起来嘚关键以前的观点一直认为组成万物的基本元素是一个小点,而弦这个想法是概念上的一次革新。

弦理论最大的魅力是它提供了一個神奇的可能性。当我们将弦作为组成万物的基本元素来看待时弦理论似乎解决了广义相对论与从弦论到量子力学学之间的矛盾,如此僦极有可能解释世间万物——从最小的亚原子粒子到最大的星球和宇宙这就是弦理论的潜力,成为统一万物的大统一理论爱因斯坦的夶统一之梦或许真的快实现了?

弦理论的未来会是怎样是成功被验证后成为大一统理论还是被更高级的理论所取代,我们只能拭目以待叻

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在弦理论看来宇宙的基本组成不昰点状的粒子而是不停振动的弦,通过弦理论我们可以知道粒子是由弦的不同震动模式产生的能够把四大基本力囊括到一个框架里,還可以缓解从弦论到量子力学学和广义相对论之间的冲突

因为在广义相对论中,空间和时间是光滑弯曲的但在从弦论到量子力学学中,空间在微观上是剧烈涨落的那弦理论是怎么解决这个矛盾的呢?

我们先来看一个形象的例子:

假如你面前放着一块精心加工过的花岗岩你用手去摸,他会感觉他特别光滑顺手一点瑕疵都没有。那如果你用放大镜或者显微镜来观察它的表面就会发现花岗岩的表面是凹凸不平的,有许多颗粒和坑洞只是这些颗粒太小,用手根本感觉不到!

在这个例子中花岗岩表面的小颗粒手感觉不到,因为它已经超出了手的感知范围对于手来说它是没有意义的。

同样的道理如果我们把手换成弦的话,那就意味着如果一个东西比弦还小对弦都產生不了影响,那它对于弦来说也是没有意义的

在弦理论中组成物质的最小单位就是弦,弦的平均长度就是普朗克长度。如果一块空間比普朗克长度还小那不管里面发生些什么都不会影响到弦,对弦来说没有意义

从弦论到量子力学学和相对论的冲突在普朗克尺度以丅才会发生,但实际上在这么小的尺度下无论发生怎样的量子涨落,空间里有怎样的滔天巨浪都影响不到弦。那既然影响不到整个宇宙中最小的基本单位就更影响不到其他的各种事物了,所以我们根本就不用管在普朗克尺度以下才会出现的从弦论到量子力学学和相对論的冲突

那这样问题就这么解决了,你肯定在想这是在耍花招这不是解决问题,而是在逃避问题还真不是!

因为我们想象的普朗克長度以下的冲突,本来就是在标准模型理论的基础上才会产生的别忘了在标准模型理论中构成各种物质的是粒子,但如果我们换一套理論把粒子换成弦,那这个问题压根就不会产生

在标准模型理论中,空间是可以无限分割的要多少有多少,没有极限但在弦理论的卋界中,这种空间概念并不适用空间只能小到弦的尺度不能再小了,这就相当于整个的游戏规则已经改变原先出现的问题也不会存在叻。

这样的话广义相对论和从弦论到量子力学学在弦理论的规则下就可以和谐共处了。

所以目前看来弦理论可以提供一个大统一的框架有可能成为解释万物的终极理论,这是它最特别的地方

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