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合并相对论和量子力学,晦涩的弦理论,真有这个能力吗?

2024-08-05科学

当下诸多科技成果所依托的科学理论,源自 19 世纪乃至 18 世纪。

20 世纪初,爱因斯坦提出相对论与量子力学,现仅有极小部分应用于人造卫星、芯片及天文观测领域,而大部分仍处于理论可行但当前难以实现之阶段,诸如引力波通讯、虫洞的产生及运作维护。

依上述实例可晓,人类文明中理论物理学在实际应用方面的领先幅度颇大,当下我们连现有理论百分之一的潜能都尚未充分施展,而当下的理论物理,像弦理论,更是被视作 23 世纪的物理学,全然不见实际应用的端倪。

在物理学领域,依据时间可将其分为经典物理学与现代物理学。19 世纪末期至 20 世纪初期以前,此阶段为经典物理学时期。牛顿的万有引力定律以及麦克斯韦的电磁学皆为经典物理学的成就。现今,火箭发射所依据的仍是牛顿的理论,且人们生活的各方面也均与麦克斯韦的电磁学紧密相连。

19 世纪末至 20 世纪初,以爱因斯坦与玻尔等为代表的现代物理学应运而生,其主要由相对论与量子力学两大支柱构成,其中相对论用于阐释宏观及近光速运动状态下的各类现象,大体上可视为万有引力定律的升级版本。

量子力学着眼于微观领域,对亚原子粒子展开研究,其中量子是指一系列具有波粒二象性的粒子,并非单个粒子。然而,自这两个理论诞生起,它们之间的矛盾便随之产生。

【简而言之】

爱因斯坦的广义相对论指出,引力源于质量对时空的扭曲所引发的几何跌落;量子力学则主张,引力是由引力子的交换所致。这一矛盾致使物理学家难以在宏观与微观层面实现统一,即无法凭借一个理论涵盖从微观至宏观的所有现象。

在此种情形下,弦理论应运而生,其认为宇宙内的全部粒子并非呈点状,而是仿若小提琴之弦般的一维线条,这些弦于多个维度中振荡,每种振荡皆对应一种粒子,这表明,我们所熟知的所有粒子,自光子至夸克,皆由这些弦的各异振荡模式所造就。

该理论的精妙在于尝试将相对论与量子力学予以统一,亦可说是于全新的诠释架构中对其进行整合。由此衍生的超弦理论甚至主张宇宙存在数十个维度。然而,恰因其晦涩繁杂,诸多物理学家皆觉得弦理论有悖于理论物理学的简洁与美感,不太会是正确的理论。

然而,鉴于当下对撞机的功率尚无法充分证实弦理论的正确性,故而该理论现阶段仍属理论物理学前沿理论之一。

【总的来说】

弦理论给予我们一种崭新的视角去审视宇宙,对我们关于现实的传统认知发起了挑战。尽管该理论尚不完善,但其蕴含的潜力不容小觑。倘若未来弦理论得以证实并能实际运用,人类将具备抵达其他维度乃至其他宇宙的本领,那时人类文明或许会成为宇宙中最为先进的文明。