科學也可以如此靠近

三分鐘看懂「超弦理論」,萬物的本質只是振動的能量而已

4月
13
2018

2018年4月13日13時 今日科學 科學薛定諤的貓

科學薛定諤的貓

在很多人眼裡超弦理論非常高深莫測,晦澀難懂,理解每一個問題都涉及到很多分支,這裡小編用最通俗易懂的語言,給大家科普下超弦理論,其實主旨大意非常簡單。

在超弦理論還沒被提出之前,物理學界誕生了兩大重要的理論,一是愛因斯坦提出的相對論,二是量子力學的建立,雖然兩者當時並未被證實,但兩者的理論在各自領域對說明很多物理問題都取得了成效,看似雙方都正確的情況下卻出現了一點小問題。量子力學描述的是微觀世界(例如原子量級大小的物質)的現象和規律,在量子力學中的萬有引力小到完全可以忽略,而廣義相對論涉及到宏觀大尺度的物體運動包括了空間的扭曲產生了「引力」這種現象。

當科學家討論到宇宙大爆炸的時候(宇宙大爆炸的奇點和爆炸的瞬間),這一現象既屬於微觀尺度又屬於宏觀尺度,量子力學和廣義相對論的矛盾就出現了,兩者把物理定律搞的一團糟,開始有點自相矛盾。

這個時候超弦理論就登場了,試圖統一量子力學和廣義相對論的矛盾,也試圖將世間萬物的存在都統一到「弦」上,當然這根弦不是我們能夠觀察到的,超弦理論認為組成我們世界的物質包括原子,電子,夸克等都不是由實體物質構成的,而是由萬物的基本單位「弦」的振動所構成,弦的不同振動方式會形成不同的粒子。

假設弦以A方式振動那麼會出現頂夸克,以B方式振動會出現底夸克,以C方式振動會出現光子等。弦的振動產生了微觀粒子,微觀粒子又構成了世界,並且弦的振動是一種能量到實體物質的轉化,我們無法捕捉到弦,就像我們無法實際捕捉到「能量」。在超弦理論中,萬物的本質只是振動的能量而已。

在超弦理論還沒出來之前人類對於維度的探索止步四維,超弦理論誕生後的一個重點就是人類認知的維度變成了十維空間加上一維時間即十一維時空,人類生活在三維空間中,在三維空間中的人是無法感知高維度的存在,就像人類是無法聽到超聲波也看不見紅外線的,需要藉助儀器才可以。

而超弦理論之所以搞那麼多維度出來是為了實現大統一。科學家試圖在三維空間內解釋,但是發現低維度根本無法詮釋,所以就開始提高維度,直到提高到了十一維空間才統一了四種基本的相互作用力(萬有引力、電磁力、強相互作用、弱相互作用),這才解決了量子力學和相對論之間的不恰,完成了大統一。

雖然超弦理論目前也是尚未被證實的理論,但它所構建出來的框架可以將矛盾點所融合,或許將來有一天的科學家可以將超弦理論的版圖拼湊整齊,為物理學翻開一頁新的篇章。


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