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弦理論淺談,一維的“弦”演奏出大千世界,人類終極目标或将實作

作者:文藝女性的中年八卦集

構成我們成千上萬的世界的最小機關是什麼?這是人類一直試圖弄清楚的事情。早在公元前幾百年,古希臘哲學家德姆克裡特就從哲學思維的角度提出了原子理論,凡事都是由原子和空洞組成的,原子是物質中最小的粒子。18世紀,英國實體學家道爾頓正式提出了科學意義上的原子理論。

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通過幾代科學家的不懈努力,我們知道原子遠非構成一切的最基本和最微小的粒子。原子由原子核和電子組成。原子核由質子和中子組成。質子和中子由更基本的誇克組成。那麼誇克是由什麼組成的呢?抱歉,在目前的技術水準上,誇克已經"結束了"。例如,誇克、電子、膠子等統稱為基本粒子。它們可以大緻分為三類,即沒能得到的,輕兒子和繁殖兒子。

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随着研究的繼續,科學家們發現了數十個基本粒子,似乎這個描述所有事物中最小機關的理論并不是那麼"基本"。有沒有更簡潔和原始的理論來描述物質的組成?确實有這樣一套美麗的理論——"弦理論"。

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事實上,早在1968年,科學家們就在尋找強大的數學公式來描述弦理論的形成。這個理論的基本思想是,自然界的基本機關不是電子、光子、誇克等點粒子,而是一維中非常小的線性"弦",它們有兩種結構:開弦和閉弦。弦的不同振動和運動産生不同的基本粒子,能量和物質可以互相轉化。在1990年代,愛德華·懷頓(Edward Wighton)提出了大成的M理論,該理論認為,除了長度、寬度和高度之外,我們的宇宙還有11個次元,但隻有其他次元是嚴重卷曲的,這些次元中弦的振動産生了我們世界上的一切。

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為了用這樣一套叛教理論來解釋所有事物的原因,人們可以想象世界會如何看待弦理論 - 忽略它。一開始,當描述微觀世界的量子力學首次出現時,玻爾上司哥本哈根學派與愛因斯坦談論它。然而,學術界一點也不懶惰地處理弦理論。直到有一天,弦理論的粉絲們用閉合的弦推導了引力子。這樣可以炒鍋,人們就變了态度,開始仰望弦理論。為什麼引力子一下子把弦理論都熱起來,又被稱為"終極統一理論"?

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顧名思義,這個基本粒子是傳遞引力的粒子。我們知道,宇宙中有四種基本力,即重力、電磁力、強力、弱力。"力"的實作取決于粒子的交換。比如,兩個實驗者,他們穿着溜冰鞋站在冰面上,A向B扔一個小鐵球,B接住鐵球,會感覺到力,然後滑回去一小段距離。這個小鐵球就是我們上面提到的吊具。

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電磁力交換光子進行傳輸。微觀世界的力量是通過在誇克之間交換膠水來實作的。弱力由w和z玻色子傳遞。重力呢?當然是引力。脫口而出的三個字很難證明,經過幾十年的搜尋,很難在大型強子對撞機或宇宙射線中找到引力拉動器。

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今天,科學家可以使用現有的量子理論來統一力,弱力和電磁力,但僅包括重力。但在弦理論中,引力子成功輸出,四種基本力統一。它還具有能夠完美地融入微觀世界和宏觀世界的重要意義。然而,愛因斯坦的廣義相對論是對宇宙的一個很好的描述,也是對引力的解釋。但如果你深入微觀量子世界,它就不會起作用。量子力學已經成功地解釋了微觀粒子的奇怪行為,但它在宏觀世界中不可用。

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弦理論從一個更基本、更根本的源頭出發,用一維弦的振動來诠釋宇宙中的萬物,集宏觀和微觀于一體。實體學家數百年來的統一夢想終于有望實作,一個"公式"就足以描述宇宙的定律。我們的宇宙原來是一首在太空中演奏的"弦樂"的宏偉交響曲!

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寫在最後,雖然弦理論是當下最熱門的統一理論。但目前它隻是華麗的數學,堆積在空中。以今天的技術水準來驗證弦理論是難以升天,估計在對撞機上,擊中"弦",至少将對撞機的直徑延伸到整個太陽系是可能的......

(好吧,弦理論今天我們就在這裡聊聊,小編很淺,容量有限,文章肯定有很多缺點,我們可以看到,就在閑暇時間好的時候。)

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