弦理论(弦理论是什么意思)

heike2022-06-2253

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什么是弦理论?

弦理论试图将20世纪物理学的两大支柱——量子力学和爱因斯坦的相对论——与一个能够解释所有物理现实的总体框架结合起来。它试图通过假设粒子实际上是一维的,类似于弦的实体来实现这一点,这些实体的振动决定了粒子的特性,例如它们的质量和电荷。

据牛津大学和英国皇家学会共同创建的一个关于弦理论的网站称,这个违反直觉的想法最早出现在上世纪六七十年代,当时弦被用来模拟欧洲亚原子对撞机的数据。弦提供了一种优雅的数学方法来描述强大的力,宇宙中维系原子核的四种基本力之一。

这个话题多年来一直处于边缘,直到1984年的“弦理论革命”,理论学家迈克尔·格林和约翰·施瓦茨提出了一些方程式,展示了弦是如何避免某些不一致性的,这些不一致性困扰着将粒子描述为点状物体的模型。

但是第一次开花给研究人员留下了五种不同的理论来解释一维弦如何在10维的现实中振荡。第二次革命发生在1995年,当时物理学家们证明了这些不同的想法都是相关的,并且可以与另一种叫做超重力的理论相结合,这种理论在11维空间中工作。这种方法产生了目前的弦理论。

解开谜题

弦理论是提出的产生万物理论的方法之一,一个描述所有已知粒子和力的模型,它将取代物理学的标准模型,后者可以解释除重力之外的一切。许多科学家相信弦理论是因为它的数学之美。弦理论的方程被描述为优雅的,它对物理世界的描述被认为是非常令人满意的。

该理论通过一根特定的振动弦来解释重力,该弦的性质与假想引力子的性质相对应,后者是一种携带重力的量子力学粒子。奇怪的是,这个理论需要11个维度才能运作——而不是我们通常所经历的4维空间,但这并没有阻止支持它的物理学家。他们简单地描述了额外的维度是如何蜷缩在一个非常小的空间里的,大约是10^-33厘米,根据NASA的说法,这个小到我们通常无法探测到。

研究人员利用弦理论试图回答有关宇宙的基本问题,比如黑洞内部发生了什么,或者模拟大爆炸等宇宙过程。一些科学家甚至试图利用弦理论来控制暗能量,暗能量是一种加速空间和时间膨胀的神秘力量。

一个永无止境的追求

但弦理论最近受到了更严格的审视。它的大部分预测都无法用当前的技术进行检验,许多研究人员都想知道,它们是否会掉进一个永无止境的兔子洞。2011年,物理学家们聚集在美国自然历史博物馆,参加第11届年度艾萨克·阿西莫夫纪念辩论赛,讨论将弦理论作为对现实的可行描述是否有意义。

博物馆海登天文馆馆长尼尔·德格拉斯·泰森开玩笑说:“你是在追鬼呢,还是你的藏品太蠢了,弄不明白?”

弦理论最近面临的挑战来自于这个框架本身,它预测可能存在大量的独特宇宙,多达10^500(即1后面跟着500个0)。这种多元宇宙景观似乎提供了足够的可能性,如果研究人员对它们进行探索,他们将会遇到一个与我们自己版本的现实相符的宇宙。一篇颇具影响力的论文提出,在这些无数假设的宇宙中,没有一个看起来像我们的宇宙;具体来说,它们都缺乏我们目前所理解的暗能量的描述。

“弦理论学家提出了似乎无穷无尽的数学构造,它们与观测没有已知的关系,”德国法兰克福高等研究所的物理学家萨比娜·霍森菲尔德此前在接受采访时表示。霍森菲尔德一直对弦理论持批评态度。

什么是弦理论?如何用简单易懂的语言进行解释?

弦理论的一个基本观点就是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子,这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。

弦理论最开始是要解出强相互作用力的作用模式,但是后来的研究则发现了所有的最基本粒子,包含正反夸克,正反电子,正反中微子等等,以及四种基本作用力“粒子”,都是由一小段的不停抖动的能量弦线所构成,而各种粒子彼此之间的差异只是这弦线抖动的方式和形状的不同而已。由此可见,弦理论并没认识到自然界所谓的四种作用力其实是根本不存在的,它还是基于自然科学思维模式的另类理论。

由于描述微观世界的量子力学与描述宏观引力的广义相对论在根本上有冲突,这意味着二者不可能都正确,它们不能完整地描述世界。弦理论会吸引这么多注意,大部分的原因是因为目前人类知识体系的匮乏,而把弦理论误当做解决根本问题的终极理论。

除了引力之外,量子力学很自然的成功描述了其他三种基本作用力:电磁力、强力和弱力,但据说弦理论也可能是量子引力的解决方案之一。至于弦理论能不能成功的解释基于目前物理界已知的所有作用力和物质所组成的 宇宙以及应用到“黑洞”、“宇宙大爆炸”等,还需要同时用到量子力学与广义相对论的极端情况。可以看出,弦理论连目前天体发现的基本物理都解释不清楚,且还需要借助于在统一信息论看来已经过时的自然科学理论,才能有更好地解释。很显然,这种理论本身在出炉时就明显带有过时性。

另外,同自然科学一样,弦理论也根本上没有认识到能量子与极限粒子的相互转化方式,它只是模糊地描述了能量弦线的抖动造成物质产生的理论推测,至于为何会造成这种现象以及时空的构成则根本没有涉及。

宇宙万物的基本组成单位,是以线段的样子呈现的,是一小段一小段的能量,这些能量线,自身在不停地波动和振动,通过波动和振动,这些线段可以产生共鸣,就像一把琴上的琴弦,只要用手拨动它,就会演奏出各种不同旋律的音乐。只是这些能量弦,没有谁在拨动它,是这些能量弦自身在波动、振动、相互产生共鸣。

这些能量弦,通过不停的波动、振动和共鸣,形成了大千世界,这个世界的形成基础,就是这些能量弦。刹那生灭,相续不断!也可以说,一切的物质都是能量。这个世界是由能量组成的,整个世界里也充满了能量,一切都是由这些能量弦通过振动所产生的美妙音符!有长音、短音、不长不短音、高音、低音和中音!只是这些音符更加形象化了,使我们可以看到、摸到、听到、和感觉到!因为我们也是其中的音符。

一切物体,都有成、住、坏、空的过程。人和动物都有生、老、病、死。一切都在无常、生灭、相续中运行!尤其是我们的思维意识,刹那生灭,相续不断。这些都是能量弦发生振动产生的结果。

世界万物相互关联,互依互存,在因果中循环,这是由能量弦共鸣所产生的结果。能量弦与能量弦之间,相互作用,互为依托,产生共鸣。这些弦所演奏出的音符,结合在一起,就是一整篇完美的乐章!

这些弦在不停的波动,振动和产生共鸣,因此,这个世界 才会生灭不停,相续不断!

弦理论是什么

弦理论(string theory),即弦论,是理论物理学上的一门学说。弦论的一个基本观点就是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。尽管弦论中的弦尺度非常小,但操控它们性质的基本原理预言,存在着几种尺度较大的薄膜状物体,后者被简称为"膜".直观的说,我们所处的宇宙空间也许就是九维空间中的三维膜.弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。(引自《环球科学》2007年第三期《宇宙是堆三角形?》和2007年第十二期《探寻多重宇宙的证据》)

弦理论是一门理论物理学上的学说。理论里的物理模型认为组成所有物质的最基本单位是一小段“能量弦线”,大至星际银河,小至电子, 质子,夸克一类的基本粒子都是由这占有二度空间的“能量线”所组成。中文的翻译上,一般是译作“弦”。

较早时期所建立的粒子学说则是认为所有物质是由只占一度空间的“点”状粒子所组成,也是目前广为接受的物理模型,也很成功的解释和预测相当多的物理现象和问题,但是此理论所根据的“粒子模型”却遇到一些无法解释的问题。比较起来,“弦理论”的基础是“波动模型”,因此能够避开前一种理论所遇到的问题。更深的弦理论学说不只是描述“弦”状物体,还包含了点状、薄膜状物体,更高维度的空间,甚至平行宇宙。值得注意的是,弦理论目前尚未能做出可以实验验证的准确预测

弦理论是什么?

是理论物理的一个分支学科。弦论的一个基本观点是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子,而是很小很小的线状的“弦”(包括有端点的“开弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦)。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。弦论中的弦尺度非常小,但操控它们性质的基本原理预言,存在着几种尺度较大的薄膜状物体,后者被简称为“膜”。直观的说,我们所处的宇宙空间可能是9+1维时空中的D3膜。弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。

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