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宇宙弦:改变我们对世界理解的理论还是未经证实的假设?

2024-03-04科学

你有没有想过,其实世界不再是由微小的粒子组成的,而是依靠看不见的弦,仿佛有一双看不见的手在弹奏它们,形成了我们所看到的宇宙?

在我们所接受的教导中,科学告诉我们 构成所有物质的基本单位称为夸克。这是无可否认的事实。但突然有一天,科学家告诉你,宇宙中的一切实际上都是由称为宇宙弦的弦组成的。你的第一反应是什么?你相信吗?这个所谓的字符串是什么?

什么是宇宙弦?

在现代物理学中,夸克是一种小粒子,是量子场论中的基本激发态。它们之间存在一种超粘性,称为「强相互作用」。这种相互作用就像胶水一样,将它们粘合在一起,并将它们变成更大的粒子,如质子和中子。这些粒子被称为强子,它们形成了微观世界。

既然世界是由这些微小的粒子组成的,那么宇宙弦从何而来呢?宇宙弦的概念最早由英国理论物理学家汤姆·基布尔于1976年提出,他受到量子场论和宇宙学的启发。

宇宙弦已成为现代物理学中一个令人着迷的理论。那么宇宙弦到底是什么?它们被设置为一维线,比原子核小得多。这些细小的弦可以在空间中振动,就像音乐中的弦一样。不同的振动态对应不同的基本粒子,如电子、光子、夸克等。

宇宙弦理论为解释物理学的一些奥秘提供了另一种视角。例如,宇宙弦理论试图为黑洞的性质和宇宙起源等问题提供新的解释。它还试图调和两个主要理论:量子力学和广义相对论,这两个理论在某些情况下是矛盾的。

然而,观测宇宙弦是一项艰巨的任务。它们太小,没有电荷或色荷,无法与电磁力或强力相互作用。目前,物理学家主要通过寻找宇宙弦的引力效应来间接观察宇宙弦的存在。 但这些方法都面临着不确定性和困难,因此目前还没有确凿的证据证明宇宙弦的存在。

即使无法观测到,也不意味着宇宙弦是一种自负的理论。弦理论中的超弦理论是宇宙弦存在的最好证据。

超弦理论

超弦理论是弦理论的一个分支,它引入了一种称为 超对称性 、

的对称性,这意味着存在一个上级粒子。这些伙伴的属性与原始粒子有些不同,例如自旋。超对称性可以使宇宙弦理论更加完整和优美,也可以解释一些现象,比如暗物质、暗能量等。

超弦理论还预测,宇宙的维度不仅仅是我们熟悉的三维空间和一维时间,而是十维或十一维。额外的维度被卷曲成非常小的形状,因此我们无法观察到。

两颗长得很像的恒星于1979年被发现,被科学家称为双类星体 QSO0957+561A和B 。当时的研究认为这两颗恒星非常相似。不同的明星。

现在研究人员证实,它们是同一个类星体经过星系的 引力透镜效应 产生的两张图像。它们的红移均为1.41,据信距离地球87亿光年,而透镜星系的红移为0.355,距离地球37亿光年。

一些物理学家认为,双类星体QSO0957+561A和B可能是由于宇宙弦的存在而形成的。他们的理论是,宇宙弦是一维拓扑缺陷,可能是在早期宇宙对称破缺相变过程中形成的。宇宙弦密度极高,因此引力极强,可以弯曲时空,产生引力透镜效应。

它是引力透镜,也是拓扑缺陷。所有人都一头雾水。别急,我们慢慢说,因为宇宙弦是一种可以弯曲空间和时间的物质。它可以对远处的光源产生引力透镜效应,使光源在天空中出现多个图像。

如果宇宙弦穿过类星体的光线,就会导致类星体在天空中呈现为两个图像,就像双类星体一样。在这种情况下,双类星体的图像之间不会存在时间延迟,并且图像的亮度比不会随时间变化,这与普通的引力透镜不同。这就是弦理论的引力透镜。

拓扑缺陷就像物体上的特殊位置。它们有点像小瑕疵,使物体变得不那么规则。这些特殊的地方无法轻易转变为其他任何东西,需要一定的力量才能改变。有的像点,有的像线,有的像面。

就像一块扁平的饼干上突然出现一些小凹痕。它们不容易被压扁,需要用力才能改变形状。这些小缺陷是拓扑缺陷。

宇宙弦和超弦理论是物理学的前沿领域。他们有很多吸引人的想法和可能性,但也有很多困难和挑战,比如缺乏实验证据和数学工具。它们还没有被普遍接受为统一的理论,也许需要更多的创新和发现来揭示宇宙的真相。

关于弦理论的争论

在物理学界,关于弦理论存在着激烈的争论。该理论的目标是解决量子物理与引力理论之间的矛盾,但迄今为止实验证据的缺乏使得争论更加扑朔迷离,引起了科学家们的不同观点和热烈讨论。

爱德华·威滕 提出M理论,统一了五种超弦理论和十一维超引力理论。他的贡献不仅仅在于理论的构建,还包括对弦论的数学基础和应用的深入思考,如全息原理、对偶性、拓扑弦论等。

以及知名科学家 斯蒂芬·霍金 对弦理论和爱德华的M理论也持开放和乐观的态度,并认为这些理论可以成为描述我们宇宙的完美工具。除了他们两人之外,著名理论物理学家布赖恩·格林还通过【弦理论的优雅宇宙】、【隐藏的现实】等畅销书向大家解释了这个迷人的理论。

但是反对者也很多。先生。中国科学家、诺贝物理学奖获得者李正道对弦理论颇为批评,认为弦理论是「白日梦」,缺乏实验依据。数学物理学家彼得·威特对弦理论持负面看法。他指责弦理论是一种「非科学」理论,缺乏可证伪性和预测能力,并严厉批评了弦理论。提出与弦理论竞争的环量子引力理论的

LeeSmolin 也对弦理论持怀疑态度,认为它是一个「不完整」的理论,无法解释宇宙。多样性和历史。他的书【问题的麻烦:物理学的危机】也是对弦理论的深入思考。

在弦理论中,科学家们形成了支持和反对两大阵营,作为一场关于巨弦的精彩争论。争论尚未解决,实验数据尚未到来,但奇妙的科学之旅仍在进行中。或许有一天,人类将解开弦理论的奥秘,揭示宇宙的真相。

这和普通人有什么关系?

弦理论是一种试图统一所有基本相互作用和粒子的理论。涉及的知识点无疑是广泛的,那么它与我们老百姓有什么关系呢?

其实我们初中的时候就学过哥白尼的日心说。虽然我们在中学时可能觉得这个概念有点困难,但老师教我们这个不是为了让我们成为科学家,而是为了让我们成为科学家。告诉我们一个道理:科学是一个不断发展的过程,需要勇气挑战旧观念。

可以想象,哥白尼提出这个理论时,一定遭到了很多反对和质疑。但他不畏困难,坚持自己的想法,最终被梵蒂冈烧死。但一百年后,科学证明地心说更加不可靠。这就是科学的奇迹,敢于挑战传统,提出新的想法。

所以,当我们学习哥白尼的日心说时, 我们学到的不仅仅是一种天文概念,更是一种科学精神:勇于怀疑、勇于创新、勇于面对困难。 这就是科学发展的魅力,我们每个人都可以成为探索未知的勇敢者。

在这种背景下我们应该如何看待弦理论?笔者认为,应对这一理论保持开放、乐观的态度,进行科学的探索和评价,而不是轻易否定或抛弃。

弦理论虽然尚未得到实验证据的支持,但具有许多理论优势。它可以自然地统一重力和其他基本力,消除点粒子的无穷大问题,推导出规范场理论和重力理论,并提供全息原理和对偶性等深刻的物理原理。

这些优点表明弦理论是一个具有巨大潜力和价值的理论。它可以是描述我们宇宙的理论,也可以是更广泛的理论框架。

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