量子力学|弦理论:宇宙只能是26维度,这样才能兼容广义相对论和量子力学


量子力学|弦理论:宇宙只能是26维度,这样才能兼容广义相对论和量子力学
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有物理学家认为超弦理论目前的窘境正是奥卡姆剃刀 “如无必要 , 勿增实体”的最好诠释
也有物理学家认为 , 超弦理论是未来最有可能成为万有理论的候选者 。
超弦理论的前身是弦理论 , 而弦理论就是为了解决广义相对论和量子力学不兼容的问题而生的 。
宇宙是由物质构成的 , 当我们将物质放大 , 会发现它们又由各种粒子构成的 , 这些粒子有电子 , 夸克和中微子等等
粒子一直在宇宙中运动并且相互作用 , 比如夸克靠胶子进行强相互作用 , 电子靠光子进行电磁相互作用
这些粒子组成了标准模型 , 标准模型也是人类对微观粒子最精确的数学解释 。
按照粒子的自旋类型划分 , 标准模型中粒子可以划分为两大类 , 自旋为整数的是玻色子 , 比如光子。 自旋为半整数的是费米子 , 比如电子 。
但是标准模型并不是解释所有微观粒子的终极理论 。
到目前为止 , 人类发现大自然只有四种基本相互作用力 , 按照强度划分 , 依次是强力 , 电磁力 , 弱力和万有引力 。
力的传播需要介质 。 比如强力 , 电磁力和弱力都有传播介质 。
所以我们也不得不相信引力也有自己特有的传播介质 。 虽然我们暂时没有找到这种传播介质 , 但我们仍然相信引力的“传播子”是存在的 。
按照正常的物理思维 , 如果引力的传播子存在 , 那么它一定也是一种客观粒子 , 也是可以被纳入到标准模型中的 。
但事与愿违 , 爱因斯坦活着的时候就致力于统一电磁力和引力 , 但终其一生也未能如愿 。
在20世纪上半叶 , 科学家还发现弱力和强力 , 在杨振宁等物理学家的努力下 , 弱力和电磁力率先统一起来了 。 到了20世纪80年代 , 强力 , 弱力和电磁力都可以用标准模型来解释 , 唯独引力与标准模型格格不入 。
在信仰的加持下 , 物理学家相信 , 既然引力也是力 , 那么就一定会和其他三种力一样 , 是可以被一个更大的统一理论来解释的 。
按照量子力学的预想 , 想要把引力纳入到标准模型的关键点 就是要找到引力的传播子 , 也就是引力子 。

广义相对论认为物体之间的引力是通过时空弯曲来实现的 。 引力好像没有通过任何介质就可以超距作用来传递力 。 而量子力学认为 , 时空曲率之所以可以传递引力必然是依靠一个最基本的粒子来完成的 , 这就是曲率量子 , 也就是我们熟知的引力子 。
令人绝望的事情发生了 , 当物理学家尝试将引力子纳入到标准模型中时 , 计算就会得到一个无限大的结果 。
这就意味着 , 我们暂时无法用量子力学描述引力 , 即便科学家经过了半个世纪的尝试 , 广义相对论的引力理论和量子力学依旧是不兼容的 。
每一个物理学家都坚信 , 宇宙规律不可能是局域的 , 四个基本作用力必然是可以被统一起来的 。
【量子力学|弦理论:宇宙只能是26维度,这样才能兼容广义相对论和量子力学】
为了信仰 , 物理学家不得不寻求新的理论来统一万有引力和其他三个基本作用力 。
目前最有可能成功的理论就是弦理论 。
在量子力学中 , 标准模型中的粒子都被认为没有内部结构的“量纲”粒子 , 通俗一点说 , 这些粒子已经是最小的了 , 不可以再分了 , 包括引力子 , 也是不可以再细分的粒子 。
而弦理论认为 , 既然引力子和标准模型中的其他粒子无法兼容在一起 , 那么是不是意味着引力子和其他基本粒子是有内部构造的 , 它们是可以在更小的尺度上被统一起来的 。