弦論是科學幻想嗎,弦論是一個科學幻想嗎?

2022-08-23 16:40:26 字數 4820 閱讀 4997

1樓:

弦理論是發展中的理論物理學的一支,結合量子力學和廣義相對論為量子引力。弦理論用一段段「能量絃線」作最基本單位以說明世界上所有物質結構,大至星際銀河,小至電子、質子及夸克一類的基本粒子都由這一維的「能量線」所組成。中文文獻上,一般寫作「弦」或「弦」。

較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由零維的點粒子所組成,也是目前廣為接受的物理模型,也很成功的解釋和**相當多的物理現象和問題,但是此理論所根據的粒子模型卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來,弦理論的基礎是波動模型,因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述弦狀物體,還包含了點狀、薄膜狀物體,更高維度的空間,甚至平行宇宙。

值得注意的是,弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的準確**,關於這一點,以下內文會說明。

發展歷史

弦理論的雛形是在2023年由gabriele veneziano發現。有說法稱,他原本是要找能描述原子核內的強作用力的數學函式,然後在一本老舊的數學書裡找到了有200年之久的β函式,這函式能夠描述他所要求解的強作用力。事實並非如此,根據維內奇諾本人的說法,這個函式是他多年努力的結果,而那些「偶爾發現」以及「從數學書中發現」的傳言令他本人很不高興。

不久後李奧納特·蘇士侃發現,這函式可理解為一小段類似橡皮筋那樣可扭曲抖動的有彈性的「線段」,這在日後則發展成「弦理論」。

雖然弦理論最開始是要解出強作用力的作用模式,但是後來的研究則發現了所有的最基本粒子,包含正反夸克,正反電子,正反中微子等等,以及四種基本作用力「粒子」(強、弱作用力粒子,電磁力粒子,以及引力粒子),都是由一小段的不停抖動的能量絃線所構成,而各種粒子彼此之間的差異只是這絃線抖動的方式和形狀的不同而已。

[編輯] 弦理論

[編輯] 玻色弦理論

最早期的弦論叫做玻色弦理論,南部陽一郎給出了最早的作用量,但是該作用量在場論的框架內難以量子化。此後亞歷山大·泊裡雅科夫給出了一個等效的作用量,其幾何含義是把時空座標視為一個世介面的標量場,並且在世介面上滿足廣義相對論的一般座標變換規則。除此之外,如果要求這個作用量同時滿足在外爾變化下不變,那麼自然的會要求這個世介面是一個二維的曲面。

玻色弦理論是最簡單的一個弦論的模型,它最重要的物理影象是認為物理粒子不是單純的點粒子,而是由於弦的振動產生的激發態。顯然它有很大的缺點,其一是它只簡單描述了標量玻色子,沒有將費米子引入框架內;其二沒有包含一般量子場論中的規範對稱性;其三是當研究它的質量譜時候發現,它的真空態是一組質量平方小於零的不穩定快子。所有這些問題在推廣到超弦理論後得到了很好的解釋。

[編輯] 超弦理論

另外,「弦理論」這一用詞所指的原本包含了26維的玻色弦理論,和加入了超對稱性的超弦理論。在近日的物理界,「弦理論」 一般是專指「超弦理論」,而為了方便區分,較早的「玻色弦理論」則以全名稱呼。2023年代,受弦對偶的啟發,愛德華·維頓猜想存在一11維的m理論,他和其他學者找到強力的證據,顯示五種不同版本的十維超弦理論與十一維超引力論其實應該是m理論的六個不同極限。

這些發現帶動了第二次超弦理論革新。

[編輯] 弦理論與大一統理論

弦理論會吸引這麼多注意,大部分的原因是因為它很有可能會成為大一統理論。弦理論也可能是量子引力的解決方案之一。除了引力之外,它很自然的成功描述了各式作用力,包含了電磁力和其他自然界存在的各種作用力。

超弦理論還包含了組成物質的基本粒子之一的費米子。至於弦理論能不能成功的解釋基於目前物理界已知的所有作用力和物質所組成的宇宙,這還是未知數。至今研究員仍未能找到一個弦論模型,其低能極限為標準模型。

[編輯] 額外維

[編輯] d-膜

由於超弦理論的時空維數為10維,所以很自然的可以認為有6個額外的維度需要被緊化。當對閉弦緊化時,可以發現所謂的t-對偶;而對開弦緊化則可以發現開弦的端點是停留在這些超曲面上的,並且滿足dirichlet邊界條件。所以這些超曲面一般被稱為「d膜」。

研究員稱d膜的動力學為「矩陣理論」(m理論),是為「m」字之一**。

[編輯] 物理或是哲學

在未獲實驗證實之前,弦理論是屬於哲學的範疇,不能完全算是物理學。無法獲得實驗證明的原因之一是目前尚沒有人對弦理論有足夠的瞭解而做出正確的**,另一個則是目前的高速粒子加速器還不夠強大。

科學家們使用目前的和正在籌備中的新一代的高速粒子加速器試圖尋找超弦理論裡主要的超對稱性學說所**的超粒子。但是就算是超粒子真的找到了,這仍不能算是可以證實弦理論的強力證據,因為那也只是找到一個本來就存在於這個宇宙的粒子而已,不過這至少表示研究方向是正確的。

物理學中未解決的問題: 是否存在一個精確描述宇宙中萬物的弦理論真空?它是否能以低能量資料一一地確定?

[編輯] 問題與爭論

雖然歷史上,弦理論是物理學的分支之一,但仍有一些人主張,弦理論目前不可實驗的情況,意味著它應該(嚴格地說)被更多地歸為一個數學框架而非科學。一個有效的理論,必須通過實驗與觀察,並被經驗地證明。不少物理學家們主張要通過一些實驗途徑去證實弦理論。

[1] 一些科學家希望藉助歐洲核子研究委員會(cern,conseil european pour recherches nucleaires)的大型強子對撞機,以獲得相應的實驗資料——儘管許多人相信,任何關於量子引力的理論都需要更高數量級的能量來直接探查。[2]此外,弦理論雖然被普遍認同,但它擁有非常多的等可能性的解決方案。[3]因此,一些科學家主張弦理論或許不是可證偽的,並且沒有預言的力量。

[4][5][6][7]

由於任何弦理論所作出的那些與其他理論都不同的**都未經實驗證實的,該理論的正確與否尚待驗證。為了看清微粒中弦的本性所需要的能量級,要比目前實驗可達到的高出許多。弦理論具有很多數學興趣的特性(features of mathematical interest)並自然地包含了標準模型的大多數特性,比如非阿貝爾群與手性費米子(chiral fermions)。

因為弦理論在可預知的未來可能難以被實驗證明,一些科學家[8] 問,弦理論甚至是否應該被叫做一個科學理論。它現在還不能在波普爾的意識(the sense of karl popper)中被證偽。但這也暗示了弦理論更多地被看做建設模型的框架。

在同樣的形式中,量子場論是一個框架。[9]

弦理論的思想為物理學帶來了一個建議上超越標準模型的巨大影響。例如,雖然超對稱性是組成弦理論的重要一部分,但是那些與弦理論沒有明顯聯絡的超對稱模型,科學家們也有研究。因此,如果超對稱性在大型強子對撞機中被偵測到,它不會被看做弦理論的一個直接證明。

然而,如果超對稱性未被偵測出,由於弦理論中存在只有以更加更加高的能量才能看出超對稱性的真空,所以它的缺乏不會證明弦理論是錯誤的。相反,如果日食期間觀測到太陽的引力未使光按**的角度偏轉,那麼愛因斯坦的廣義相對論將被證明是錯誤的。(廣義相對論當然已被證明是正確的。

)在更數學的層次上,另一個問題是,如同很多量子場論,弦理論的很大一部分仍然是微擾地(perturbatively)用公式表達的(即為對連續的逼近,而非一個精確的解)。雖然非微擾技術有相當大的進步——包括猜測時空中滿足某些漸進性的完整定義——一個非微擾的、充分的理論定義仍然是缺乏的。

物理學中,弦理論有關應用的一箇中心問題是,弦理論最好的理解背景儲存著大部分從時不變的時空得出的的超對稱性潛在理論:目前,弦理論無法處理好時間依賴與宇宙論背景的問題。

前面提到的兩點涉及一個更深奧的問題:在弦理論目前的構想中,由於弦理論對背景的依賴——它描述的是關於固定時空背景的微擾膨脹,它可能不是真正基礎的。一些人把獨立背景(background independence)看做對於一個量子引力理論的基礎要求;自從廣義相對論已經是背景獨立的以來,尤其如此。

超弦理論屬於弦理論的一種,也指狹義的弦理論。這裡的「超」有超對稱性的意思。為了將玻色子(bosons)和費米子(fermions)統一,科學家預言了這種粒子,由於實驗條件的限制,人們很難找到這種能夠證明弦理論的粒子。

超弦理論作為最為艱深的理論之一,吸引著很多理論研究者對它進行研究,如果真是理論預言的那樣,我們將有可能建立一種萬有理論,來描述我們的宇宙

2樓:廣東切割加固

你這個問題是把一個討論科學的命題提升道哲學的高度。

人類的理性是小於感性的東西?不知道你是**得到的這個結論,相對於感性來說,理性遠遠高於感性,最原始的感性只是動物的生存以及繁衍的本能,後面延伸出來的感性範疇內加入了更多人性的東西,實際上現在的諸多感性的認知是融入了理性的結果。比如我喜歡....

我為什麼喜歡呢,我們雖然有時候不知道原因,但我們的經驗告訴我們,我們是這樣的。這應該有一個快速分析的過程。

認知全宇宙是有可能的,宇宙只是一個總稱,我們能認識水(我更喜歡用認知),能認知葉子,能認知量子,中子....那為什麼說我們沒有可能認知整個宇宙呢?暫且說宇宙是無窮的,但既然是總和,在理論上應該是能窮盡的,雖然說個人的能力是沒有辦法達到,就象讓我們一個人去計算一個很大很大的數字一樣,我們可能個人能力沒有辦法依照原始的方式算出來,但我們有可能借助工具能把它算出來,這就是科學的力量。

所以說依據科學去認知宇宙,應該是有希望的。

弘論為這種認知提供了一種途徑。你所謂的悖論的本質我覺得有待商榷。

弦理論是偽科學麼?

3樓:匿名使用者

弦論不是偽科學,但弦論並沒有完善,也沒有被驗證,只是一種數學模型和科學假設。科學和偽科學就來看看有沒有數學公式組成的模型好了,偽科學是一些「大仙」拍腦袋想出來的,別說公式了,可能連方程組都不會解。量子理論統一了強力弱力電磁力,但引力卻格格不入,為了找到大一統理論統一四種自然力,人們提出了各種假設,弦理論就是一種思路。

弦論並不完美一開始只是數學上面解決問題,不斷有問題不斷去解決,衍生出各種超弦理論、m弦理論等等,而十一維的理論也是在解決弦問題的時候引入的,引入這個東西能配平這個公式,這個東西是啥?看起來應該是十一個維度。。。。但你說弦論是真理倒不能像量子力學和相對論那麼確定。

量子力學和相對論已經指導我們科技發展半個多世紀取得輝煌成就,而弦只是停留在公式上,而且這堆公式對於我們的真實世界半點用處也沒有,並且我們的技術還沒有測量弦這個尺度的物質

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