弦理论有什么问题?
大可数学人生工作室
2023-12-06 06:43:19

原标题:弦理论有什么问题?

弦理论首次讨论是在 20 世纪 70 年代。弦理论被认为是万有理论,因为它做出了许多当时没有其他理论可以接近的物理预测。科学家们仍在研究它并不断改进它,但是什么阻止弦理论成为“万有理论”呢?弦理论有什么问题?

弦理论简介

目前,物理学的基础理论是爱因斯坦的广义相对论和量子力学,前者描述了引力并已被许多观察和实验所证实,后者描述了粒子的行为以及弱相互作用、强相互作用和电磁相互作用等基本相互作用。但目前,这两种理论是不相容的,为了解决它们的矛盾,许多其他理论出现了,包括弦理论。

1970年,一些科学家提出了这样的观点:π介子(一种特殊类型的粒子)之间在碰撞过程中发生相互作用,是因为介子之间是通过一根“振动的无限细线”——一根绳子连接起来的。之后出现了模型,其中基本粒子具有以特定频率振动的弦的形式。

弦理论使广义相对论和量子理论的结合成为可能。弦理论背后的想法是,粒子或相互作用仅仅是开放或封闭的弦以特定频率振动的表现。此外,该理论假设存在十维空间,并且一种更先进的弦理论(称为“超弦理论”)提供了所有粒子和相互作用的超对称性。

弦理论能否成为“万有理论”?

不幸的是,目前答案是否定的。事实上,弦理论在具有优点的同时,也存在一些问题。第一个问题是维度的数量:有十个。理论上,你需要摆脱六个维度才能到达我们熟悉的宇宙,而这可以通过比整个宇宙中原子数量更多的方式来实现。

第二个问题是,为了通过实验证实或反驳弦理论,我们需要的能量大约是大型强子对撞机提供的能量的 10^15 倍。此外,科学家至少需要对超对称粒子的存在进行一些确认。同时,人们相信弦理论更多的是一种数学理论而不是物理理论。

M理论

二十世纪九十年代中期,爱德华·维滕(Edward Witten)提出了各种超弦理论是十一维M理论的不同极限情况的假设。

根据M理论,事实证明,宇宙的基础不仅是一维弦,而且是弦的二维类似物——膜。它们可以是三维的,也可以是四维的……这些结构被称为膜。

M 理论适用于二维和五维膜,但即使是基本的膜理论目前仍在开发中。膜的存在,就像弦的存在一样,尚未得到实验证实。然而,与引力的联系使 M 理论成为“万有理论”的另一个竞争者。

目前,任何一种修改后的弦理论都不能被称为“万有理论”。因为它们都是更多的数学理论并且存在很多问题。主要问题是这些理论还无法通过实验得到证实。

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