什么是弦理论？

什么是弦理论？

弦理论试图将20世纪物理学的两大支柱——量子力学和爱因斯坦的相对论——与一个能够解释所有物理现实的总体框架结合起来。它试图通过假设粒子实际上是一维的，类似于弦的实体来实现这一点，这些实体的振动决定了粒子的特性，例如它们的质量和电荷。

据牛津大学和英国皇家学会共同创建的一个关于弦理论的网站称，这个违反直觉的想法最早出现在上世纪六七十年代，当时弦被用来模拟欧洲亚原子对撞机的数据。弦提供了一种优雅的数学方法来描述强大的力，宇宙中维系原子核的四种基本力之一。

这个话题多年来一直处于边缘，直到1984年的“弦理论革命”，理论学家迈克尔·格林和约翰·施瓦茨提出了一些方程式，展示了弦是如何避免某些不一致性的，这些不一致性困扰着将粒子描述为点状物体的模型。

但是第一次开花给研究人员留下了五种不同的理论来解释一维弦如何在10维的现实中振荡。第二次革命发生在1995年，当时物理学家们证明了这些不同的想法都是相关的，并且可以与另一种叫做超重力的理论相结合，这种理论在11维空间中工作。这种方法产生了目前的弦理论。

解开谜题

弦理论是提出的产生万物理论的方法之一，一个描述所有已知粒子和力的模型，它将取代物理学的标准模型，后者可以解释除重力之外的一切。许多科学家相信弦理论是因为它的数学之美。弦理论的方程被描述为优雅的，它对物理世界的描述被认为是非常令人满意的。

该理论通过一根特定的振动弦来解释重力，该弦的性质与假想引力子的性质相对应，后者是一种携带重力的量子力学粒子。奇怪的是，这个理论需要11个维度才能运作——而不是我们通常所经历的4维空间，但这并没有阻止支持它的物理学家。他们简单地描述了额外的维度是如何蜷缩在一个非常小的空间里的，大约是10^-33厘米，根据NASA的说法，这个小到我们通常无法探测到。

研究人员利用弦理论试图回答有关宇宙的基本问题，比如黑洞内部发生了什么，或者模拟大爆炸等宇宙过程。一些科学家甚至试图利用弦理论来控制暗能量，暗能量是一种加速空间和时间膨胀的神秘力量。

一个永无止境的追求

但弦理论最近受到了更严格的审视。它的大部分预测都无法用当前的技术进行检验，许多研究人员都想知道，它们是否会掉进一个永无止境的兔子洞。2011年，物理学家们聚集在美国自然历史博物馆，参加第11届年度艾萨克·阿西莫夫纪念辩论赛，讨论将弦理论作为对现实的可行描述是否有意义。

博物馆海登天文馆馆长尼尔·德格拉斯·泰森开玩笑说:“你是在追鬼呢，还是你的藏品太蠢了，弄不明白?”

弦理论最近面临的挑战来自于这个框架本身，它预测可能存在大量的独特宇宙，多达10^500(即1后面跟着500个0)。这种多元宇宙景观似乎提供了足够的可能性，如果研究人员对它们进行探索，他们将会遇到一个与我们自己版本的现实相符的宇宙。一篇颇具影响力的论文提出，在这些无数假设的宇宙中，没有一个看起来像我们的宇宙;具体来说，它们都缺乏我们目前所理解的暗能量的描述。

“弦理论学家提出了似乎无穷无尽的数学构造，它们与观测没有已知的关系，”德国法兰克福高等研究所的物理学家萨比娜·霍森菲尔德此前在接受采访时表示。霍森菲尔德一直对弦理论持批评态度。