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合並相對論和量子力學,晦澀的弦理論,真有這個能力嗎?

2024-08-05科學

當下諸多科技成果所依托的科學理論,源自 19 世紀乃至 18 世紀。

20 世紀初,愛因斯坦提出相對論與量子力學,現僅有極小部份套用於人造衛星、芯片及天文觀測領域,而大部份仍處於理論可行但當前難以實作之階段,諸如重力波通訊、蟲洞的產生及運作維護。

依上述例項可曉,人類文明中理論物理學在實際套用方面的領先振幅頗大,當下我們連現有理論百分之一的潛能都尚未充分施展,而當下的理論物理,像弦理論,更是被視作 23 世紀的物理學,全然不見實際套用的端倪。

在物理學領域,依據時間可將其分為經典物理學與現代物理學。19 世紀末期至 20 世紀初期以前,此階段為經典物理學時期。牛頓的萬有重力定律以及麥克斯韋的電磁學皆為經典物理學的成就。現今,火箭發射所依據的仍是牛頓的理論,且人們生活的各方面也均與麥克斯韋的電磁學緊密相連。

19 世紀末至 20 世紀初,以愛因斯坦與玻爾等為代表的現代物理學應運而生,其主要由相對論與量子力學兩大支柱構成,其中相對論用於闡釋宏觀及近光速運動狀態下的各類現象,大體上可視為萬有重力定律的升級版本。

量子力學著眼於微觀領域,對亞原子粒子展開研究,其中量子是指一系列具有波粒二象性的粒子,並非單個粒子。然而,自這兩個理論誕生起,它們之間的矛盾便隨之產生。

【簡而言之】

愛因斯坦的廣義相對論指出,重力源於質素對時空的扭曲所引發的幾何跌落;量子力學則主張,重力是由重力子的交換所致。這一矛盾致使物理學家難以在宏觀與微觀層面實作統一,即無法憑借一個理論涵蓋從微觀至宏觀的所有現象。

在此種情形下,弦理論應運而生,其認為宇宙內的全部粒子並非呈點狀,而是仿若小提琴之弦般的一維線條,這些弦於多個維度中振蕩,每種振蕩皆對應一種粒子,這表明,我們所熟知的所有粒子,自光子至誇克,皆由這些弦的各異振蕩模式所造就。

該理論的精妙在於嘗試將相對論與量子力學予以統一,亦可說是於全新的詮釋架構中對其進行整合。由此衍生的超弦理論甚至主張宇宙存在數十個維度。然而,恰因其晦澀繁雜,諸多物理學家皆覺得弦理論有悖於理論物理學的簡潔與美感,不太會是正確的理論。

然而,鑒於當下對撞機的功率尚無法充分證實弦理論的正確性,故而該理論現階段仍屬理論物理學前沿理論之一。

【總的來說】

弦理論給予我們一種嶄新的視角去審視宇宙,對我們關於現實的傳統認知發起了挑戰。盡管該理論尚不完善,但其蘊含的潛力不容小覷。倘若未來弦理論得以證實並能實際運用,人類將具備抵達其他維度乃至其他宇宙的本領,那時人類文明或許會成為宇宙中最為先進的文明。