弦理论基础

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弦理论是一种数学理论,它试图解释某些目前在量子物理的标准模型下无法解释的现象。

弦理论基础

弦理论的核心是用一维弦模型来代替量子物理中的粒子。这些弦,普朗克长度的大小(10-35米),以特定的共振频率振动。弦理论的一些最新版本预测,弦可能有更长的长度,大小接近一毫米,这意味着它们处于实验可以探测到它们的领域。弦理论得出的公式预测了超过四维的空间(最常见的是10或11维,尽管有一个版本需要26维),但额外的维度在普朗克长度内“卷曲”。

除了弦,弦理论还包含另一种类型的基本物体,叫做膜,它可以有更多的维度。在一些“膜世界场景”中,我们的宇宙实际上是“卡在”一个三维膜(称为3-膜)中。

弦理论最初发展于20世纪70年代,试图解释一些与强子和其他物理基本粒子的能量行为不一致的现象。

就像量子物理学的很多东西一样,应用于弦理论的数学不能唯一地解决。物理学家必须应用微扰理论来获得一系列近似解。当然,这样的解决方案包括一些假设,这些假设可能是真的,也可能不是真的。

这项工作背后的主要希望是,它将产生一个“万有理论”,包括量子引力问题的解决方案,并使量子物理学与广义相对论和解,从而使物理学的基本力量和解。

弦理论的变种

最初的弦理论只关注玻色子粒子。

超弦理论(超对称弦理论的简称)结合了玻色子和另一种粒子费米子,以及超对称来模拟重力。有五个独立的超弦理论:

1型
IIA
IIB型
何类型
他类型

m -理论:一种超弦理论,于1995年提出,试图将I型、IIA型、IIB型、HO型和HE型模型合并为同一基本物理模型的变体。

弦理论研究的一个结果是,人们认识到,有大量的可能理论可以构建,这导致一些人质疑,这种方法是否真的会发展出许多研究人员最初希望的“万有理论”。相反,许多研究人员采用了一种观点,即他们正在描述一个巨大的弦理论图景,其中有许多可能的理论结构实际上并不能描述我们的宇宙。

弦理论研究

目前,弦理论还没有成功地做出任何预测,这些预测还没有被另一种理论解释。它既没有被具体证明也没有被证伪,尽管它有数学特征,这给了许多物理学家极大的吸引力。

许多提议的实验都可能显示“字符串效应”。许多这样的实验所需要的能量目前还无法获得,尽管有些在不久的将来是有可能获得的,例如可能从黑洞中观测到的能量。

只有时间才能证明,弦理论是否能够在科学领域占据主导地位,而不仅仅是鼓舞了许多物理学家的心灵和思想。

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2021-8-28 10:08:01

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