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眾所周知,弦理論是物理學家們希望有朝一日能夠解釋一切的理論。科學家希望所有的力,所有的粒子,所有的常數,所有都能處在一個理論框架下,而我們看到的一切都是微小的,振動的弦的結果。事實上理論家們從20世紀60年代就開始研究這個想法,他們首先意識到的是,要讓這個理論起作用,就必須有比我們習慣的四個維度更多的維度,這想法聽起來相當瘋狂!

弦理論

在弦理論中,弦振動的小環(在理論中,它們是現實的基本物件)表現為不同的粒子(電子、夸克、中微子等)和自然的力載體(光子、膠子、引力子等)。它們在宇宙中表現的方式是通過振動,每根弦都很小,在我們看來不過是點狀的粒子,但每根弦都可以以不同的模式振動,就像你可以從吉他弦中得到不同的音符一樣。

每種振動模式都被認為與一種不同的粒子有關,所以所有的弦以一種方式振動看起來像電子,所有的弦以另一種方式振動看起來像光子,等等。我們所看到的粒子碰撞,在弦理論的觀點中,是一堆弦合併在一起然後分裂。

但要讓數學計算起作用,我們的宇宙必須有超過四個維度。這是因為我們通常的時空沒有給弦足夠的“空間”來以它們所需的所有方式振動,以充分表達它們作為世界上所有粒子的多樣性。換句話說,弦不只是擺動,它們是超維度的擺動。

1919年,就在阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)發表廣義相對論後不久,數學家和物理學家西奧多·卡魯扎(Theodor Kaluza)還在擺弄這些維度理論方程,僅僅只是為了好玩。當他在方程中加入第五個維度時,他發現了一些特別有趣的事情,那就是什麼也沒發生。因為相對論方程並不關心維數,因此你必須加入一些正確的東西,使理論適用於我們的宇宙。

但後來卡魯扎給第五維度增加了一種特殊的扭曲數,使它自己纏繞在他所說的“圓柱狀態”中。結果還真的有一些新的東西跳出來:卡魯扎恢復了通常的四維廣義相對論方程,加上一個新的方程,複製了電磁學的表示式。換句話說,增加維度可能可以潛在地統一物理學。

然而,幾十年後,另一位物理學家奧斯卡·克萊因(Oskar Klein)試圖用量子力學來解釋卡魯扎的理論。他發現,如果這個第五維度存在,並且在某種程度上對電磁學起著作用,那麼這個維度必須被壓縮,繞回自身(就像卡魯扎的最初設想那樣),但要小得多,只有10^-35米。

弦理論的許多流形

但問題是,如果一個額外的維度真的那麼小,我們可能就不會注意到。因為它太小了,我們不可能指望用高能實驗直接探測它。如果這些維度都圍繞著它們自己旋轉,那麼每一次你在四維空間中移動,你都是在繞著這些額外的維度轉了幾十億次,這些是弦理論的維度。

隨著對數學的進一步深入,人們發現弦理論中需要的額外六個空間維度必須被包裹在一組特定的構型中,即以兩位著名物理學家的名字命名的Calabi-Yao流形。但是沒有一個獨特的流形是斯汀理論所允許的。而所有的獨特流形。事實證明,當你需要6個維度來解釋自己,並給他們幾乎任何可能的方式來做這件事時,它加起來大約10 ^ 200000可能。

當然,有很多不同的方法來把這些額外的維度包含在它們自己裡面。只是每一種可能的結構都會影響絃的振動方式。由於弦振動的方式決定了它們在巨集觀世界中的行為,所以每一種選擇都會導致一個有著自己的物理體系的獨特的宇宙。因此,只有一種流形才能產生我們所體驗的世界。但問題是哪一個呢?

弦理論家的迴應是一種叫做“景象”的東西,一種由各種各樣的流形所預測的所有可能宇宙的多元宇宙,我們的宇宙只是眾多宇宙中的一個點。

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