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为什么弦理论需要额外的维度

开心的月饼 2023-12-21 08:45:35 生活常识

弦理论的起源是为了理解揭示强核力的新生实验。最终,另一种基于夸克粒子和胶子力载体的理论将取代它,但在年轻弦理论的深层数学骨头中,物理学家会发现奇怪的结构,隐约可见的幽灵,这将指向更多的东西。更深层次的东西。

为什么弦理论需要额外的维度

弦理论声称,我们所说的粒子——自由游动、相互作用并结合在一起构成大部分物质存在的点状实体——不过是粒子。相反,只有一种基本对象:字符串。这些弦,每一个都以尽可能小的存在极限存在,并且振动。这些弦振动的方式决定了它们在更大的宇宙中如何显现。就像弹奏吉他上的音符一样,以一种模式振动的琴弦在我们看来将显示为电子,而以不同频率振动的另一根琴弦将显示为光子,依此类推。

弦理论是对万物理论的大胆尝试。一个单一的数学框架,解释了构成我们是谁和我们是什么的粒子,以及充当这些粒子之间基本信使的力量。它们都是宇宙中的每一个夸克和场中的每一个光子,都是振动的弦。

弦理论仍然是量子引力理论最有希望的途径。它之所以能获得这个终极称号,是因为它在其旗帜下融合了所有的自然力量,有可能实现过去半个世纪对宇宙的物理探索的统一梦想,并且因为该理论自然地包含了一种新粒子(或者更确切地说,特定的粒子)。弦的振动)具有作为引力的量子力载体的所有正确属性,引力类似于光子。

弦理论还没有经过测试、验证,甚至还没有完成。事实上,尽管它有着巨大的前景和潜力,但支撑该理论的数学却很难解决,以至于还没有人找到解决方案,更不用说能够通过实验进行预测了。大自然似乎要一次又一次地捉弄我们。最初将引力折叠到量子框架中的尝试在不可约无穷大的重压下自行崩溃。现在,围绕这些无穷大最有希望的解决方案是用弦环取代旧量子理论中的点状粒子,但它是如此不可行,以至于有时似乎无穷大更可取。

尽管存在缺陷,理论家们还是在深入弦乐森林方面取得了一些进展,在他们的探索中——有时看起来更像是我们希望有一天能被证明是正确的大胆愿望——他们发现了一些意想不到的东西。

维数在弦理论中起着至关重要的作用。微小的振动弦承担着解释所有造物的巨大努力——每一种曾经存在过、曾经被发现的粒子,以及更多我们尚未发现的粒子。但弦理论家很早就发现,仅有微薄的三维空间是不够的。局限于我们通常和熟悉的时空,弦无法支持足够多的不同种类的振动来解释全部粒子。

因此弦理论家想出了一个优雅的解决方案。如果宇宙没有足够的维度来给予弦解释所有物理所需的自由,那么我们必须向宇宙添加大部分维度。现代版本的弦理论指出,我们有十个或十一个空间维度(差异来自于理论的不同表述)。

为了解释为什么这些额外的维度迄今为止在我们生活在这个宇宙中的经历中没有被我们注意到,除了熟悉的三个维度之外的维度必须自我卷曲到与弦本身相同的超微小尺度,将它们推入宇宙中。感知和实验的隐藏角落。即使我们探测原子本身的成分的能力也太笨拙,无法深入这个弦主导的领域。

我们不需要关心这些隐藏维度的结构或性质,因为对我们来说重要的是弦理论,它声称是跨越五百年不间断的统一链条的继承者,并声称有一天会开花结果。完整的量子引力理论承认,由于数学必然性的本质,我们的宇宙具有与我们天真的假设不同的维数。


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