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是基於什麼背景提出的超弦理論,它能夠解釋什麼?
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  • 1 # 艾伯史密斯

    答:一段話概括超弦理論:一切物質的基本組成單位叫做“超弦”,超弦非常小,當“超弦”以不同的方式振動,就得到不同的基本粒子,比如光子,電子,夸克等等。

    超弦理論是目前最有潛力的理論,被期望為最有可能成為終極理論的理論,1969年物理學家Gabriele Veneziano在瑞士大數學家尤拉的一本著作中,注意到了一個函式(尤拉B函式),可以用來描述強作用力。

    後來物理學家Leonard Susskind發現,這一函式延伸出來的物理影象,是"可扭曲有彈性的線段",並在後來發展成了"超弦理論"。

    超弦理論描述:我們宇宙的最小基本單元是一維的且很小很小的"弦",尺度是普朗克距離約10^-35m,這些弦以不同的方式振動,可以得到不同的基本粒子,比如電子、夸克和中微子等等。

    超弦理論最大的特點,就是對世界的維度做了限制,在超弦理論中,要求我們世界必須是11維的,十維的空間加上一維的時間。

    之所以認為超弦理論最有可能成為終極理論,是因為超弦理論能夠調和量子力學和相對論之間的衝突。

    在之前,量子力學主宰著微觀世界,相對論主宰者宏觀世界,兩者有著本質的矛盾,成為當代物理學中最大的難題,而超弦理論為解決這一矛盾,提供了一種思路。但是超弦理論涉及到的數學知識艱深,所以能夠涉獵該領域的人屈指可數。

    而且超弦理論的預言和研究,在目前實驗水平上,還無法進行驗證。比如超弦理論研究的尺度,要想驗證,所需要建造的對撞機,可以繞銀河系一週呢!

    註明:該回答的部分內容,取自本人在2018年1月15日釋出的文章《終極理論候選者,哪個是愛因斯坦追求的夢?或許人類永遠找不到!》

  • 2 # 懷疑探索者

    弦理論本身是很高深的理論,簡單的描述是很難描述好的。首先,我們要清楚一個事實,那就是弦理論是不是科學理論?答案是,弦理論並不是科學理論。儘管弦理論得到很多物理學家的支援,比如,溫伯格,霍金,他們都是弦理論的堅定支持者,但是,弦理論依然不是科學理論。弦理論是什麼呢?它是一種數學。在物理學上,弦理論是超驗的,超驗的意思就是,這種理論是超前的,或者是無法做實驗的,也可能是不存在的,所以它是超出常理的,用科學手段是不可以驗證其正確與否的。因為,在理論上,如果想要驗證弦理論的正確性,需要建造一個直徑比太陽系還大的加速器。這顯然已經遠遠超出目前人類的能力。在德國慕尼黑大學召開的物理學術研討會上,全世界的弦理論家齊聚一堂,還要很多諾貝爾物理學獎獲得者參與,他們討論的結果就是,弦理論不是科學理論,而是一種物理學上的“形而上學”。儘管如此,溫伯格說過,我知道弦理論無法驗證,但是它太美妙,我不知道還有什麼其他的理論可以替代弦理論。康奈爾大學的研究員李禰也說過,弦理論的希望最大。那麼,弦理論大概說的是什麼內容呢?該理論認為,宇宙中最小的物質單元是由一根根振動的弦組成的,弦非常小,如果我們把一個原子放大到太陽系那麼大,弦的大小就相當於地球上的一棵樹。這樣小的單位,人類的科技是無法探測到的。那麼,弦又是什麼組成的呢?由空間物質組成。你可以認為弦就是振動的空間物質。弦如果被分割,分割開來的部分還是弦,沒有更深層次的物質組成。當弦發生不同的振動模式後,就會組成各種各樣的基本粒子。比如,夸克就是一種弦的模式。很多科學家認為,弦理論是一種“萬物理論”,可以揭開物質的秘密。弦理論分為幾種主流模式,普通人知道就可以了,沒有必要了解的太詳細。

  • 3 # 科學薛定諤的貓

    首先說明:超弦理論並不是一種科學理論,而是一種基於數學推導的物理猜想,想要驗證它必須製造一臺直徑超過350億公里的環形粒子對撞機,這個直徑已經比太陽系還要大了,所以目前人類無法驗證超弦理論是否正確。

    在超弦理論沒有誕生前,科學界有兩大重要的理論支柱出現“相對論”和“量子力學”。

    儘管在當時這兩大理論還沒有被證實,但已說明了很多問題。例如,當時相對論中用提出用等效原理來說明了體積無限小的均勻引力場能夠替代加速物體的參考系問題。還有當時的量子力學對波爾的互補原理和哥本哈根學派的“運氣”的解釋等等。

    量子力學描述微觀世界的規律,相對論是描述宏觀世界的規律,兩大理論看似非常成功,但在解釋宇宙一些問題的時候出現了矛盾,宇宙大爆炸誕生於無限小的奇點,既是微觀世界的現象也是宏觀世界的現象,如果用相對論和量子力學來解釋,物理定律就會被搞的亂七八糟。這個時候超弦理論(M理論)就誕生了,試圖用一套萬有的理論來解釋宇宙的本質,這樣就不存在任何矛盾了。

    超弦理論有兩大重點

    1.組成宇宙萬物的本質不是基本粒子,而是一種被稱之為“弦”的物質,弦的振動才會有夸克,電子,中微子等粒子產生,並且不同的振動方式會產生不同的粒子,“弦”就是宇宙萬物的基本單位,我們可以把它認為是一種能量,能量的振動才會產生基本粒子,基本粒子構成世界,所以我們的世界從最本質上看來,都是能量。

    2.我們都知道構成真實世界需要的最低維度就是三維空間加一維時間,而超弦理論認為我們的宇宙是十一維時空的(十維空間加一維時間),多出來的7維度空間只有普朗克長度大小遍佈宇宙,並且是為了說明“弦”是世界的本質才提高維度建立的高維度數學模型,因為只有在十一維時空條件下超弦理論才能夠自洽不反常,才能夠統一四種基本作用力,宇宙萬物才能夠統一。

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