什么是超弦(Superstrings)？
超弦理论或超弦理论，超弦是物理学中一个令人兴奋的领域，有时被称为万物理论。许多人认为这是爱因斯坦寻求的能够解释宇宙中所有已知力的难以捉摸的统一解释。 超弦有助于支持宇宙在大爆炸后如何形成的理论。直到超弦出...
超弦理论或超弦理论，超弦是物理学中一个令人兴奋的领域，有时被称为万物理论。许多人认为这是爱因斯坦寻求的能够解释宇宙中所有已知力的难以捉摸的统一解释。
超弦有助于支持宇宙在大爆炸后如何形成的理论。直到超弦出现了，科学家们对自然法则的表现有两种对立的理论：爱因斯坦的广义相对论和量子力学。
广义相对论将时空描述为轨道系统质量扭曲的结构，星系和引力。广义相对论在相当大的尺度上解释了我们所知道的世界。它把时空描述为轨道系统质量扭曲的结构，星系和引力。但是这些定律在量子水平上被打破了，亚原子粒子不能根据它在给定时间在空间中的确切位置来测量。它在时间上向后移动的可能性和向前移动的可能性一样大，甚至可以同时出现在两个地方。无限小的世界是如此的诡异，科学家们创造了一个术语"量子怪诞"来描述它。物理学家们面临的问题是提出一种理论，将我们所知道的世界与量子世界结合起来。一种解释可以解释所有四种已知的力：引力、强核力和弱核力，还有电磁学。超弦可能就是答案。通过数学方程，我们很明显以前认为粒子是能量的"点"或"小球"的方式是不准确的。这些微小的物质实际上表现得更像是摇摆、振动的弦弦是如此之小，以至于物理学家和支持者布莱恩·格林解释说，如果一个原子只有我们太阳系那么大，那么弦就只有一棵树那么大。然而弦从量子水平上构成了所有物质。弦振动的方式决定了每一个粒子的具体性质，把宇宙比作超弦的宇宙交响曲。但是为了消除数学异常的理论，六个额外的维度是必要的。这六个额外的维度在我们的空间中的每一个点形成微小的、卷曲的6维形状。在这些6-D形状里是超弦理论的弦。六个额外的维度加上我们的三个维度，意味着真的有9个维度。在时间里再加上一个维度，总共是10个维度。尽管如此令人惊讶，它还没有结束。1995年，不同的超弦理论提出了一个难题，直到M理论将它们结合起来。唯一的收获是？M理论在数学上需要一个11维空间。这张图展示了一张弦的新图景，在有足够的能量的情况下，弦可以拉伸成一个非常大的漂浮膜，简称膜膜。膜可以有不同的维度属性，并能长得像宇宙一样大。事实上，根据这个理论，我们的整个宇宙都存在于一个漂浮的膜上——仅仅是支撑着各自平行宇宙的几个浮动膜中的一个。每个膜代表着一个更高维空间的一部分，或者说是大块的。尽管1970年代的标准模型已经将四种力中的三种统一在一个统一的理论中，引力不能与三个量子力协调一致，但超弦的突破包含了难以捉摸的引力，这是物理学的圣杯如果一个无质量的假想粒子——引力子——以一个闭合的串的形式存在于量子水平上，这将为超弦理论提供一个直接的引力联系。这个理论预言弦可以是开的，也可以是闭合的。开弦，或者，类似于轻微摆动的头发的绳子至少有一个端点"连接"在薄膜上，就像电车通过顶部电缆连接到电线上一样。绳子可以穿过薄膜，但不能离开薄膜，这就解释了为什么我们看不到外面，或者伸出我们的维度。构成我们身体的原子是由开放的细绳组成的，这些细绳的端点连接在我们的三维薄膜上。另一种看待它的方法是考虑电影屏幕。屏幕上的人看起来是三维的，但他们实际上无法从屏幕上接触到我们的三维世界。他们被困在自己的二维世界，就像我们被困在三维世界中，无法进入邻近的维度一样，科学家称之为自由度，但引力子不同，因为它是一个没有附加端点的闭合弦或环，理论上认为它可能会逃离我们的三维膜，渗入其他维度。这可以解释这一点为什么重力要比其他力弱很多倍呢？然而，如果反作用力是真的呢？如果平行膜上的重力和其他力一样强，但在这里较弱，因为它只会漏到我们的维度里？数学上，超弦理论又一次发挥了出色的作用，最终在将引力与其他三种力结合起来的同时，提出了一个看似合理的解释。只剩下一个障碍：统一理论也应该能够解释宇宙大爆炸。四个物理学家在火车上一起旅行时，不经意间解决了这个问题主题其中一个提出了一个问题，如果两个膜相撞会发生什么？看似合理的数学答案是大爆炸。反对超弦理论的人指出缺乏证据，而且很难提供证据。这仅仅是一个漂亮的数学结构吗？哲学？还是对我们世界的真实解释？没有其他理论能够在数学上统一所有四种力，更不用说为宇宙大爆炸提供额外的解释了。但是证明其他维度的存在——浮动膜和平行宇宙——一直是一个主要的症结。然而，优雅理论的信徒们渴望看到它被证明，从那时起，科学家们发现，在天文上可能有大弦的可观测证据。因此，超弦理论继续取得进展。最终，如果成功，从11维到平行宇宙，从漩涡星系到量子汤，超弦可能真的是万物理论。
超弦有助于支持宇宙在大爆炸后如何形成的理论。直到超弦出现了，科学家们对自然法则的表现有两种对立的理论：爱因斯坦的广义相对论和量子力学。广义相对论将时空描述为轨道系统质量扭曲的结构，星系和引力。广义相对论在相当大的尺度上解释了我们所知道的世界。它把时空描述为轨道系统质量扭曲的结构，星系和引力。但是这些定律在量子水平上被打破了，亚原子粒子不能根据它在给定时间在空间中的确切位置来测量。它在时间上向后移动的可能性和向前移动的可能性一样大，甚至可以同时出现在两个地方。无限小的世界是如此的诡异，科学家们创造了一个术语"量子怪诞"来描述它。物理学家们面临的问题是提出一种理论，将我们所知道的世界与量子世界结合起来。一种解释可以解释所有四种已知的力：引力、强核力和弱核力，还有电磁学。超弦可能就是答案。通过数学方程，我们很明显以前认为粒子是能量的"点"或"小球"的方式是不准确的。这些微小的物质实际上表现得更像是摇摆、振动的弦弦是如此之小，以至于物理学家和支持者布莱恩·格林解释说，如果一个原子只有我们太阳系那么大，那么弦就只有一棵树那么大。然而弦从量子水平上构成了所有物质。弦振动的方式决定了每一个粒子的具体性质，把宇宙比作超弦的宇宙交响曲。但是为了消除数学异常的理论，六个额外的维度是必要的。这六个额外的维度在我们的空间中的每一个点形成微小的、卷曲的6维形状。在这些6-D形状里是超弦理论的弦。六个额外的维度加上我们的三个维度，意味着真的有9个维度。在时间里再加上一个维度，总共是10个维度。尽管如此令人惊讶，它还没有结束。1995年，不同的超弦理论提出了一个难题，直到M理论将它们结合起来。唯一的收获是？M理论在数学上需要一个11维空间。这张图展示了一张弦的新图景，在有足够的能量的情况下，弦可以拉伸成一个非常大的漂浮膜，简称膜膜。膜可以有不同的维度属性，并能长得像宇宙一样大。事实上，根据这个理论，我们的整个宇宙都存在于一个漂浮的膜上——仅仅是支撑着各自平行宇宙的几个浮动膜中的一个。每个膜代表着一个更高维空间的一部分，或者说是大块的。尽管1970年代的标准模型已经将四种力中的三种统一在一个统一的理论中，引力不能与三个量子力协调一致，但超弦的突破包含了难以捉摸的引力，这是物理学的圣杯如果一个无质量的假想粒子——引力子——以一个闭合的串的形式存在于量子水平上，这将为超弦理论提供一个直接的引力联系。这个理论预言弦可以是开的，也可以是闭合的。开弦，或者，类似于轻微摆动的头发的绳子至少有一个端点"连接"在薄膜上，就像电车通过顶部电缆连接到电线上一样。绳子可以穿过薄膜，但不能离开薄膜，这就解释了为什么我们看不到外面，或者伸出我们的维度。构成我们身体的原子是由开放的细绳组成的，这些细绳的端点连接在我们的三维薄膜上。另一种看待它的方法是考虑电影屏幕。屏幕上的人看起来是三维的，但他们实际上无法从屏幕上接触到我们的三维世界。他们被困在自己的二维世界，就像我们被困在三维世界中，无法进入邻近的维度一样，科学家称之为自由度，但引力子不同，因为它是一个没有附加端点的闭合弦或环，理论上认为它可能会逃离我们的三维膜，渗入其他维度。这可以解释这一点为什么重力要比其他力弱很多倍呢？然而，如果反作用力是真的呢？如果平行膜上的重力和其他力一样强，但在这里较弱，因为它只会漏到我们的维度里？数学上，超弦理论又一次发挥了出色的作用，最终在将引力与其他三种力结合起来的同时，提出了一个看似合理的解释。只剩下一个障碍：统一理论也应该能够解释宇宙大爆炸。四个物理学家在火车上一起旅行时，不经意间解决了这个问题主题其中一个提出了一个问题，如果两个膜相撞会发生什么？看似合理的数学答案是大爆炸。反对超弦理论的人指出缺乏证据，而且很难提供证据。这仅仅是一个漂亮的数学结构吗？哲学？还是对我们世界的真实解释？没有其他理论能够在数学上统一所有四种力，更不用说为宇宙大爆炸提供额外的解释了。但是证明其他维度的存在——浮动膜和平行宇宙——一直是一个主要的症结。然而，优雅理论的信徒们渴望看到它被证明，从那时起，科学家们发现，在天文上可能有大弦的可观测证据。因此，超弦理论继续取得进展。最终，如果成功，从11维到平行宇宙，从漩涡星系到量子汤，超弦可能真的是万物理论。
- 发表于 2020-09-07 09:20
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- 分类：科学教育
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