04.29 什麼是弦理論？

弦理論

宇宙是由什麼組成的？這是一個從一開始就吸引科學家的問題。多年以來，我們很大程度上了解了是什麼構成了人類以及我們周圍的其他事物。

例如，我們知道物質是由原子構成的。物理學家能夠觀察這些原子的內部，發現它們是由電子、質子和中子三種粒子組成。進一步研究現，質子和中子是由叫做夸克的更小粒子組成。如今，粒子物理學的標準模型確定了構成世界的12個基本結構單元：6種夸克（上、下、粲、奇、底和頂夸克）和6種輕子（電子、μ介子、τ介子和三種中微子）。此外，標準模型還定義了宇宙的四種基本力：萬有引力、電磁力、弱相互作用力、強相互作用力。

到目前為止，物理學家已經能夠使用標準模型來精確地描述每一種力和作為其載體的粒子，其中有一個例外：引力。引力是我們日常生活中最熟悉的力，我們可以很容易地測量它的影響。然而，物理學家仍然無法在微觀層面上解釋引力為何以及如何產生作用的。

引力

在過去的幾十年裡，理論物理學家一直在發展一種新的理論——弦理論，它看起來是微觀量子引力理論最有希望的候選者。弦理論不僅僅可以解釋引力是如何起作用的，還有可能為整個宇宙的基本結構提供一種統一、一致的完整描述。這就是一些物理學家將弦理論稱為“萬物理論”的原因。

儘管弦理論十分複雜性，但它的核心思想很容易理解。根據弦理論，宇宙中所有不同的基本粒子都是一個基本物體的不同表現形式，這個基本物體就是一個弦。

標準模型把粒子定義為沒有內部結構的點，而弦理論把它們視為能夠以幾種不同方式移動和振盪的微小弦環。一個以某種方式振動的弦會被我們看作是一個電子，而以其他方式振動的弦又會被視作光子或者夸克等等。

弦理論認為宇宙是11維

弦理論還有不可以思議的地方，弦理論物理學家認為，宇宙其實有11個維度。到目前為止，我們只知道四個維度：上/下，前/後，左/右，以及時間。其他七個維度是什麼樣的，沒有人知道。

迄今為止，弦理論仍然是純理論性的。弦理論還沒有做出任何可用實驗驗證的預測。隨著物理學家繼續發展弦理論，這個理論未來有望成為“萬物理論”。