04.10 讓科學家們如此著迷的弦理論,它特別在什麼地方呢?

讓科學家們如此著迷的弦理論,它特別在什麼地方呢?

古希臘人認為所有的物質都是由粒子構成的,他們把這種粒子叫做原子,說它很小,而且不可分割。當然今天我們已經知道了原子下面還有質子中子電子跨客中微子等等粒子。但總之在弦理論出現以前,人們普遍認為物質是由這些像一個個點一樣的粒子所構成的。

不光如此,宇宙裡的各種力,包括電磁力,強力弱力也跟各種粒子有關,比如光子膠子等等。我們把這套用粒子來描述各種事物的理論叫做標準模型理論。

跟標準理論不同,弦理論認為我們的宇宙不是由點狀的粒子組成的,而是有一根根震動的弦構成的!

讓科學家們如此著迷的弦理論,它特別在什麼地方呢?

那弦理論有什麼特別之處呢?

弦理論提出,如果我們把各種基本粒子放大,用目前還達不到的精度去觀察它們,就會發現這些粒子並不是一個點,而是有一個小小的環構成的,每個粒子都好像是一根無限細的一維的橡皮筋在不停的震動。

當然了,這些弦非常非常小,平均長度大概就是剛剛講過的普朗克長度,以我們目前的觀測技術來看,他就是個點。

所以在弦理論中,宇宙從微觀層面來看,到處都是小小的琴絃這些琴絃的振動就演奏出了整個宇宙演化的交響曲。這就是弦理論最為核心的觀點也是弦理論最特別的地方。

難道我們熟悉的以粒子為基礎的標準模型錯了嗎?

不得不說,標準模型理論發展到今天已經很完備了,而且經受住了非常嚴格的檢驗,的確沒發現什麼問題。

但標準模型有一個遺憾,就是他雖然能描述四種基本力中的三種,也就是電磁力,強力和弱力,但是卻解釋不了引力是怎麼回事,所以它還算不上是涵蓋一切的萬有理論。

但弦理論不同,如果我們把粒子換成弦的話,就會發現在某個特別的振動模式之下,剛好可以產生一種質量為零的粒子,恰好就是科學家們所期待的引力子,能夠解釋引力是怎麼回事。

所以呢,弦理論不光可以描述物質的組成,還可以描述自然界裡包括引力在內的所有基本力,有能解釋萬物的潛力。

另一方面,標準模型裡的基本粒子遠不止一種,而是有好多好多種,比如夸克,膠子,光子。他們都是基本粒子,所以科學家自然會好奇,為什麼這些粒子有這麼多種,又剛好具有各自的性質。

讓科學家們如此著迷的弦理論,它特別在什麼地方呢?

這有什麼解釋嗎?

弦理論給了一個解釋,在弦理論看來,我們觀察到的那些粒子也是由弦構成的,你可以先想象一個場景,吉他上的弦是可以振動的,而且即使我們拿好多根完全一樣的弦過來,通過不同的彈奏力度,也可以讓這些弦產生不同的振動幅度發出不同大小的聲音。

弦理論的弦也是這樣,雖然所有的弦都是一樣的,但這些弦具有不同振動模式,所以可以產生不同的粒子,比如說如果弦的振幅大,波長小,那產生的粒子攜帶的能量就高。

同樣的,粒子的其他性質,比如質量電荷等等,也跟弦的振動模式有關,這就解釋了粒子種類和性質的問題。

讓科學家們如此著迷的弦理論,它特別在什麼地方呢?

那到這裡你就可以感受到弦理論比標準模型理論具有更高的統一性,更接近一個終極理論,它能解釋粒子的性質,也能解釋引力。雖然目前還不能確定弦理論就是對的,但它所提供的大一統的框架是非常吸引科學家的。


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