什么是超弦(Superstrings)？
超弦理論或超弦理論，超弦是物理學中一個令人興奮的領域，有時被稱為萬物理論。許多人認為這是愛因斯坦尋求的能夠解釋宇宙中所有已知力的難以捉摸的統一解釋。 超弦有助于支持宇宙在大爆炸后如何形成的理論。直到超弦出...
超弦理論或超弦理論，超弦是物理學中一個令人興奮的領域，有時被稱為萬物理論。許多人認為這是愛因斯坦尋求的能夠解釋宇宙中所有已知力的難以捉摸的統一解釋。
超弦有助于支持宇宙在大爆炸后如何形成的理論。直到超弦出現了，科學家們對自然法則的表現有兩種對立的理論：愛因斯坦的廣義相對論和量子力學。
廣義相對論將時空描述為軌道系統質量扭曲的結構，星系和引力。廣義相對論在相當大的尺度上解釋了我們所知道的世界。它把時空描述為軌道系統質量扭曲的結構，星系和引力。但是這些定律在量子水平上被打破了，亞原子粒子不能根據它在給定時間在空間中的確切位置來測量。它在時間上向后移動的可能性和向前移動的可能性一樣大，甚至可以同時出現在兩個地方。無限小的世界是如此的詭異，科學家們創造了一個術語"量子怪誕"來描述它。物理學家們面臨的問題是提出一種理論，將我們所知道的世界與量子世界結合起來。一種解釋可以解釋所有四種已知的力：引力、強核力和弱核力，還有電磁學。超弦可能就是答案。通過數學方程，我們很明顯以前認為粒子是能量的"點"或"小球"的方式是不準確的。這些微小的物質實際上表現得更像是搖擺、振動的弦弦是如此之小，以至于物理學家和支持者布萊恩·格林解釋說，如果一個原子只有我們太陽系那么大，那么弦就只有一棵樹那么大。然而弦從量子水平上構成了所有物質。弦振動的方式決定了每一個粒子的具體性質，把宇宙比作超弦的宇宙交響曲。但是為了消除數學異常的理論，六個額外的維度是必要的。這六個額外的維度在我們的空間中的每一個點形成微小的、卷曲的6維形狀。在這些6-D形狀里是超弦理論的弦。六個額外的維度加上我們的三個維度，意味著真的有9個維度。在時間里再加上一個維度，總共是10個維度。盡管如此令人驚訝，它還沒有結束。1995年，不同的超弦理論提出了一個難題，直到M理論將它們結合起來。唯一的收獲是？M理論在數學上需要一個11維空間。這張圖展示了一張弦的新圖景，在有足夠的能量的情況下，弦可以拉伸成一個非常大的漂浮膜，簡稱膜膜。膜可以有不同的維度屬性，并能長得像宇宙一樣大。事實上，根據這個理論，我們的整個宇宙都存在于一個漂浮的膜上——僅僅是支撐著各自平行宇宙的幾個浮動膜中的一個。每個膜代表著一個更高維空間的一部分，或者說是大塊的。盡管1970年代的標準模型已經將四種力中的三種統一在一個統一的理論中，引力不能與三個量子力協調一致，但超弦的突破包含了難以捉摸的引力，這是物理學的圣杯如果一個無質量的假想粒子——引力子——以一個閉合的串的形式存在于量子水平上，這將為超弦理論提供一個直接的引力聯系。這個理論預言弦可以是開的，也可以是閉合的。開弦，或者，類似于輕微擺動的頭發的繩子至少有一個端點"連接"在薄膜上，就像電車通過頂部電纜連接到電線上一樣。繩子可以穿過薄膜，但不能離開薄膜，這就解釋了為什么我們看不到外面，或者伸出我們的維度。構成我們身體的原子是由開放的細繩組成的，這些細繩的端點連接在我們的三維薄膜上。另一種看待它的方法是考慮電影屏幕。屏幕上的人看起來是三維的，但他們實際上無法從屏幕上接觸到我們的三維世界。他們被困在自己的二維世界，就像我們被困在三維世界中，無法進入鄰近的維度一樣，科學家稱之為自由度，但引力子不同，因為它是一個沒有附加端點的閉合弦或環，理論上認為它可能會逃離我們的三維膜，滲入其他維度。這可以解釋這一點為什么重力要比其他力弱很多倍呢？然而，如果反作用力是真的呢？如果平行膜上的重力和其他力一樣強，但在這里較弱，因為它只會漏到我們的維度里？數學上，超弦理論又一次發揮了出色的作用，最終在將引力與其他三種力結合起來的同時，提出了一個看似合理的解釋。只剩下一個障礙：統一理論也應該能夠解釋宇宙大爆炸。四個物理學家在火車上一起旅行時，不經意間解決了這個問題主題其中一個提出了一個問題，如果兩個膜相撞會發生什么？看似合理的數學答案是大爆炸。反對超弦理論的人指出缺乏證據，而且很難提供證據。這僅僅是一個漂亮的數學結構嗎？哲學？還是對我們世界的真實解釋？沒有其他理論能夠在數學上統一所有四種力，更不用說為宇宙大爆炸提供額外的解釋了。但是證明其他維度的存在——浮動膜和平行宇宙——一直是一個主要的癥結。然而，優雅理論的信徒們渴望看到它被證明，從那時起，科學家們發現，在天文上可能有大弦的可觀測證據。因此，超弦理論繼續取得進展。最終，如果成功，從11維到平行宇宙，從漩渦星系到量子湯，超弦可能真的是萬物理論。
超弦有助于支持宇宙在大爆炸后如何形成的理論。直到超弦出現了，科學家們對自然法則的表現有兩種對立的理論：愛因斯坦的廣義相對論和量子力學。廣義相對論將時空描述為軌道系統質量扭曲的結構，星系和引力。廣義相對論在相當大的尺度上解釋了我們所知道的世界。它把時空描述為軌道系統質量扭曲的結構，星系和引力。但是這些定律在量子水平上被打破了，亞原子粒子不能根據它在給定時間在空間中的確切位置來測量。它在時間上向后移動的可能性和向前移動的可能性一樣大，甚至可以同時出現在兩個地方。無限小的世界是如此的詭異，科學家們創造了一個術語"量子怪誕"來描述它。物理學家們面臨的問題是提出一種理論，將我們所知道的世界與量子世界結合起來。一種解釋可以解釋所有四種已知的力：引力、強核力和弱核力，還有電磁學。超弦可能就是答案。通過數學方程，我們很明顯以前認為粒子是能量的"點"或"小球"的方式是不準確的。這些微小的物質實際上表現得更像是搖擺、振動的弦弦是如此之小，以至于物理學家和支持者布萊恩·格林解釋說，如果一個原子只有我們太陽系那么大，那么弦就只有一棵樹那么大。然而弦從量子水平上構成了所有物質。弦振動的方式決定了每一個粒子的具體性質，把宇宙比作超弦的宇宙交響曲。但是為了消除數學異常的理論，六個額外的維度是必要的。這六個額外的維度在我們的空間中的每一個點形成微小的、卷曲的6維形狀。在這些6-D形狀里是超弦理論的弦。六個額外的維度加上我們的三個維度，意味著真的有9個維度。在時間里再加上一個維度，總共是10個維度。盡管如此令人驚訝，它還沒有結束。1995年，不同的超弦理論提出了一個難題，直到M理論將它們結合起來。唯一的收獲是？M理論在數學上需要一個11維空間。這張圖展示了一張弦的新圖景，在有足夠的能量的情況下，弦可以拉伸成一個非常大的漂浮膜，簡稱膜膜。膜可以有不同的維度屬性，并能長得像宇宙一樣大。事實上，根據這個理論，我們的整個宇宙都存在于一個漂浮的膜上——僅僅是支撐著各自平行宇宙的幾個浮動膜中的一個。每個膜代表著一個更高維空間的一部分，或者說是大塊的。盡管1970年代的標準模型已經將四種力中的三種統一在一個統一的理論中，引力不能與三個量子力協調一致，但超弦的突破包含了難以捉摸的引力，這是物理學的圣杯如果一個無質量的假想粒子——引力子——以一個閉合的串的形式存在于量子水平上，這將為超弦理論提供一個直接的引力聯系。這個理論預言弦可以是開的，也可以是閉合的。開弦，或者，類似于輕微擺動的頭發的繩子至少有一個端點"連接"在薄膜上，就像電車通過頂部電纜連接到電線上一樣。繩子可以穿過薄膜，但不能離開薄膜，這就解釋了為什么我們看不到外面，或者伸出我們的維度。構成我們身體的原子是由開放的細繩組成的，這些細繩的端點連接在我們的三維薄膜上。另一種看待它的方法是考慮電影屏幕。屏幕上的人看起來是三維的，但他們實際上無法從屏幕上接觸到我們的三維世界。他們被困在自己的二維世界，就像我們被困在三維世界中，無法進入鄰近的維度一樣，科學家稱之為自由度，但引力子不同，因為它是一個沒有附加端點的閉合弦或環，理論上認為它可能會逃離我們的三維膜，滲入其他維度。這可以解釋這一點為什么重力要比其他力弱很多倍呢？然而，如果反作用力是真的呢？如果平行膜上的重力和其他力一樣強，但在這里較弱，因為它只會漏到我們的維度里？數學上，超弦理論又一次發揮了出色的作用，最終在將引力與其他三種力結合起來的同時，提出了一個看似合理的解釋。只剩下一個障礙：統一理論也應該能夠解釋宇宙大爆炸。四個物理學家在火車上一起旅行時，不經意間解決了這個問題主題其中一個提出了一個問題，如果兩個膜相撞會發生什么？看似合理的數學答案是大爆炸。反對超弦理論的人指出缺乏證據，而且很難提供證據。這僅僅是一個漂亮的數學結構嗎？哲學？還是對我們世界的真實解釋？沒有其他理論能夠在數學上統一所有四種力，更不用說為宇宙大爆炸提供額外的解釋了。但是證明其他維度的存在——浮動膜和平行宇宙——一直是一個主要的癥結。然而，優雅理論的信徒們渴望看到它被證明，從那時起，科學家們發現，在天文上可能有大弦的可觀測證據。因此，超弦理論繼續取得進展。最終，如果成功，從11維到平行宇宙，從漩渦星系到量子湯，超弦可能真的是萬物理論。
- 發表于 2020-09-07 09:20
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