浅谈“弦理论”

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科学历程Ｉ奥秘
强相互作用力及弱相互作用力都能融台得很好，这让许多理论 科学家纳闷了许多年，直到“弦理论”的提出。在我们日常生活 中，我们会发现，引力相比于其他力实在是很小．我们可以轻松 捡起地上的石头，可以用吸铁石轻松地吸起放在地上的铁，在这 些力面前，为什么引力会变得这么弱，难道它就真的比不上其他
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浅谈“弦理论”
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 郭俊昌
科学之友 Friend of Science Amateurs 2012(10)
引用本文格式：郭俊昌 浅谈“弦理论”[期刊论文]-科学之友 2012(10)
字宙“弦理论”
力吗々事实证明并非如此，科学家们分析，引力的作用限远。
与其他作用力不周的是，它只是分散了，而并不像其他力一样集 中，这就让我们在观念上产生了错觉，其实引力是等同于其他作 用力的，而要用“弦理论”解释，就得用到引力子的概念了。 在标准模型理论中，预言了６２种基本粒子的存在，但只有 两种粒子没有找到，一种是希格斯粒子，另一种则是引力子。其 中引力子是一种传递引力作用的粒子，自旋为霉，在“弦理论” 中，它被视为一种特殊的粒子，因为它的“弦“是闭台的，而不同 于光子、电子等其他拥有两个端点的“开弦”。”弦理论”认为，大 多数基本粒子的“弦”的两个端点紧紧牢靠在一种“膜”上振动， 而只有一种粒子特殊，那就是引力子，它的“弦“是闭合的，它不 受“弦理论”中所谓”膜”的束缚而自由行走。根据“弦理论”推导 后的结论，我们会惊奇地发现，我们所处的宇宙仅仅是上千亿个 宇宙中的一个，这就是”平行宇宙说”。它告诉了我们所在宇宙 发生大爆炸的原因，是由两个更高维度的宇宙相互碰撞而形成 的，而且这种碰撞并不是一次，而是一次接着一次，接着就形成 了我们目前的四维宇宙。如果把每个宇宙都想象成为一个气泡， 那我们所处宇宙的外围就是一个巨大的“膑”．这就像我们平时 吹泡泡一样，它的里面便是我们所处的宇宙。我们所在宇宙中 的许多基本粒子受到这种“膜”的束缚而无法进入其他平行宇宙 中，但是引力子却可以，这也就是为什幺引力相比于其他作用力 显得“弱”的原因。 当然，根据“弦理论”，我们可以想象一下怎样与其他更高维 度的外星人进行通话，我们可以利用引力子的波动来实现信息 交换，利用“虫洞”的作用 将我们发出的引力子传送 给对方，这确实很疯犴，佃 却非常台理。 如果说存宇宙大爆炸 后，将粒子分为两种．一种 是处于我们宇宙边缘的 ”高速飞行粒子”，例如光 子．另一种则是相对于光 速要小很多的粒子。那么 这是否就代表着我们外闱 宇宙的膨胀速度达到了光 速呢々事实证明。我们所处 宇宙的膨胀速度并没有达 到光速，而且按照“弦理 论”的说＾法，光子是不可能
脱离这层“膜“的。如果我们所处宇宙的“膜”达到了光速，那我们 早就与其他平行世界相碰撞了，这是不可能的，所以，必定有一 种内部力量拉住了宇宙边缘这些高速粒子的前行速度。 从相对论和霍金的黑洞理论可以得知，任何物体都无法逃 离黑洞的引力，哪怕是光子。而按照现代物理来分析。黑洞属于 一类暗物质，那么，在我们所处宇宙的外围是否有一层包裹着的 冷暗物质紧紧吸引着这些高速粒子呢？如果有，它们的扩张将不 是直线光速扩张，而是一种螺旋渐进式白勺扩张，就像我们熟知的 银河系一样，是一种旋转式的。而我们的宇宙分层也将分为三 层宇宙外围为一类以接近光速飞行的粒子组成，再往里便是一 种暗物质圈层，最后整个内部便是由散开的暗物质团、均匀的暗 畿量和我们所能熟知的物质组成，由于暗能量的存在，导致我们 目前的宇宙仍处于一种膨胀状态。这些并不是空想，早在２００３ 年，以色列和美国的两位天体物理学家就曾宣布，每个星系的外 围都存在着一个庞大的暗物质晕。他们首次发现了娄星体周围 暗物质晕存在的证据，而且它们中的大多数都是类似于银河系， 属于旋涡星系，这在很大程度．卜解释了总体宇宙的结构分层，间 接证明了”弦理论”的正确性。 当然，目前这些观点都尚无法用实验验证，我们只有从微观 上来验证“弦理论”，进而验证宏观上的“弦理论”。“超对称理论” 是“超引力”和“超弦理论“的基础。“超对称理论“认为，光子、电 子、中微子等一类亚原子粒子会各自对应着具有一定质量的“Ｓ” 子，“ｓ“子很重，目前世界上的粒子加速器还无法真手探测到这 类粒子，但是一旦”超对称理论”被证实，那离我们揭开暗物质、 暗能量的奥秘就不远了，可是在目前连目力子都没找到的科学 环境下，这或许对于“弦理论”并不是件好事。但目前大多数科学 家仍然很坚信这一理论，因为它具有很强劲的数学基础。要想证 明它是错误的，似乎很难，而且它是最有可能将４种相互作用 力和自然界的基本粒子统一起来的理论，许多无法解释的实际 现象，它都能解释得完美无 瑕。 如果“弦理论”被事实 证明完全正确，那我们才算 真正开始了解宇宙。宇宙申 有太多的奥秘等着我们去 解开，找们并非要用实验去 证明，仅仅用大脑我们便可 描绘整个宇宙。在科学面 前，思想是最重要的，你大 可现在就想着存在着１２５ 个平行世界，而其他１２４个 平行世界的你也在想着同 样的事情。这是多么疯狂。 编辑：吉彦杰
奥Ｊ尬ｌ科学历程
止扁理学的发展往往带动着人类文明的进步。从电子到中微
１二，Ｊ子，从万有引力的发现到暗能量的理论提出，每一次都震 撼着整个物理界。面对越来越多的理论成果和实际发现，我们 会发现这个世界上的定律变得越来越复杂，那么，我们能否像 麦克斯韦统一电磁场一样，仅用～套理论来进行概括呢７在物 理学家的努力研究下，终于出现了一套全新的、神奇但又不偏 离实际的理论，即”弦理论”。 “弦理论”的雏形是在１９６８年由Ｇａｂｒｉｅｌｅ Ｖｅｎｅｚｉａｎｏ发现 的。他原本是要找能描述原子核内的强作用力的数学公式，然 后在一本老ｌＢ的数学书里找到了有２００年之久的欧拉公式，这 一公式能够成功地描述他所要求解的强作用力。然而进一步将 这一公式理解为一小段类似橡皮筋那样可扭曲抖动的有弹性 的“线段”，却是在不久之后由李奥纳特・苏士侃发现的，并在日 后发展为“弦理论“。这只是早前的“弦理论”，后来人们发现这 种“弦理论”的表达方式竟然有５种，所以必须剔除其余４种， 保留１种。２０世纪９０年代，爱德华－维顿提出了一个具有１１维 空间的Ｍ理论，他和其他学者找到强力的证据，证明了当时许 多不同版本的超弦理论其实是Ｍ理论在不同极限设定条件下 的结果。于是，５种表达方式最终归结为１种，即“Ｍ理论”，而这 次发现便带动了第二次超弦理论革新。 我们都知道，较早时期所建立的粒子学说认为，所有物质 是由只占一度空间的“点”状粒子所组成，也是目前广为接受的 物理模型，也很成功地解释和预测过相当多的物理现象和司 题，但是此理论所根据的“粒子模型”却遇到了一些无法解释的 问题。比如，在靠近粒子的地方的目Ｉ力会增加至无限大。比较起 来，”弦理论”的基础是“波动模型”，因此能够避开前一种理论 所遇到的问题。更深的“弦理论”学说不只是描述“弦”状物体， 还包含了点状、薄膜状物体，更高维度的空间，甚至平行宇宙。 “弦理论”从微观上取代了我们曾经对６２种基本粒子的认
识，我们原以为电子、原子、质子、中子、夸克构成了万物的基本 粒子，然而，“弦理论”认为，一切基本粒子是由一种“闭合弦”构 成的，闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。 所谓的“弦”就像是一个人在弹吉他一样，这种“弦“会产生振 动，而这些不同的振动便构成了互不相同的基本粒子，所以究 其根本，这种“闭合弦”才是万物的基本构成。 就理论而言，“弦理论”取得了高度成功，解决了许多数学 难题，然而在实践中，包括可能存在１１个维度（３个有形的维 度、时间和其他７个尚未被发现的维度）的观点在内，尚没有实 验证据能支持“弦理论”的预测。然而２０１１年５月，在欧洲核子 研究中心，ＬＨＣ（大型强子对撞机）规模最大的４个实验之
一——大型离子对撞机实验最近的结果表明，铅原子核碰撞在
一起产生的小火球，其某些运动方式用“弦理论”来解释最合 适。这些火球中名为夸克的粒子的运动引起了研究人员的兴 趣。据观察，某些夸克向外飞出，正如研究人员预期，但其他夸 克却飞人火球中，尽管火球的尺寸极小，却似乎吸收了这些夸 克。在欧洲核子研究中心工作的伯明翰大学物理学家戴维・埃 文斯说“激动人心的是，弦理论家认为，用“弦理论”来描述夸 克如何穿过这个灼热的等离子体是最为台适的。如果真是这 样，这将是我们能使用弦理论的首个实验。”不止在此研究中发 现这样的现象，“海森堡测不准原理”同样揭露了这样的本质。 从中我们会发现有些电子会突然存在于两个不同的空间，有些 电子则突然跳跃到别的地方出现，这用“弦理论”完全是可以解 释的，那就是在我们这个四维宇宙中存在着不同维度的空间， 这从宇宙的维度方面证实了“弦理论”的正确性，然而我们依然 需要实验来证实其他根据“弦理论”而来的推论。 微观下的“弦理论”统一了６２种基本粒子，那么，它能够统 一４种作用力吗々爱因斯坦把最后的时间都花在了如何统一４ 种基本作用力上，然而除了引力，其余３种：电磁相互作用力、