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2 # 最愛科學
因為物理的兩大支柱理論相對論和量子力學存在矛盾,無法統一,而科學家們相信宇宙不應該有兩個不統一的基礎理論,一定有新的萬物理論統一二者。
於是為了更好的統一相對論和量子力學,就產生了弦理論。弦理論認為最基本的粒子是一段閉合的一維弦,弦的波動產生了不同的微觀粒子。後來又產生了超弦理論等等一系列的延伸。弦理論系列解決了一些相對論和量子力學的矛盾。
但是最大的問題在於,弦理論是科學家們的理論假設,無法得到實際的驗證。於是弦理論無法得到所有科學家的認同。
不認同的科學家們研究了圈量子引力,並且認為弦理論的存在是不必要的。圈量子引力並沒有一如相對論和量子力學意外的任何假設,只是進行了重寫來使二者相容,其結果更有顛覆性。
很遺憾的告訴你,截止到目前為止,利用弦理論的知識體系尚未可以做出任何實驗可以證實的準確預測。
圖 物質逐漸放大所呈現出的各個階段,分別為:
1. 物質
2. 分子結構(原子)
3. 原子(質子、中子、電子)
4. 電子
5. 夸克
6. 弦 ; 可見,物質放大的最小形態為弦階段
弦理論無法進行實驗和精確預測的原因從嚴格物理學的角度出發,如果該理論不能獲得實驗證實,那麼就不能稱之為物理學。弦理論無法進行相應的實驗驗證的原因有兩個,一是目前仍然沒有一個理論可以對弦理論做出足夠的瞭解,更別說實驗上的證實了;二是針對弦理論一個重要的實驗裝置——高速粒子加速器還不夠強大,這也是弦理論無法實驗證實的一個原因所在。
雖然裝置(高速粒子加速器)上的瓶頸或者不足比較容易實現,儀器學科的科學家們也正在研製新一代的高速離子加速器,但是儘管這一裝置得以研製成功,那麼仍然不能作為支援弦理論的有力證據,沒有足夠正確的理論支援,實驗的成功只能證明在研究方向上至少不是錯誤的。
除此之外,也有一部分科學家建議,由於弦理論的不可實驗性,建議將弦理論剝離物理學的範疇,歸類於數學的範疇。歸其原因,是因為雖然弦理論有關的任何推論都無法實驗驗證正確與否,但是單從數學角度思辨,弦理論有很多非常有意思的數學特徵,比如
chiral fermions(非阿貝爾群與手徵性費米子)等。
在更高深數學的層次上,有關弦理論的另一個問題是,弦理論中很大一部分理論仍然是微擾地(perturbatively)用公式表達的,這種公式表達可以簡單的理解為:無限連續的接近精確值卻又無法得到一個精確的值。雖然這種數值逼近手段有很多數學層次的進步和證明,但是其仍然無法給人帶來一個非常值得信服的解值,從這個角度,又為弦理論蒙上了一層模糊的面紗。
總結現今弦理論的發展如火如荼,經歷了由玻色弦理論、開弦理論、閉弦理論、超弦理論、弦理論與大統一理論、額外維理論到D-膜理論的發展,已逐漸超越了標準物理模型,展示了科學家對未知領域積極的探索熱情和強烈的求知慾,是引領時代進步的強大動力。
圖 超越標準的物理模型:由大型強子對撞機中的緊湊μ子線圈得到的希格斯玻色子產生時的景象。
但是現今弦理論的發展所存在的問題,如理論支援不足、實驗裝置能力不足的問題,使得弦理論的真面目遲遲不能顯現於人前,對於弦理論是物理學、數學抑或是哲學的討論也未曾休止,相信隨著科技的進步和無數年輕科學家的湧入,弦理論的本來面目鍾會暴露於人間。