弦理论未来

发布日期:2020年12月3日

介绍

尽管弦理论是最令人困惑的理论之一,但它仍然是当今现代物理学中最著名的思想之一。弦理论的核心思想是粒子是具有微小额外空间维度的细绳,而不是点状的点。物理学家认为,弦理论的首要目标是将广义相对论定律与量子力学定律联系起来。弦理论的未来发展完全依赖于各种相互冲突的方法,以及对它们之间关系的更深入理解。一旦弦几何学被理解,就会对诸如紧化、早期宇宙宇宙学和时空奇点等令人兴奋的问题有一个清晰的理解。本文以弦论的未来为前提。它将研究物理学家在实现未来方面的贡献。

文献综述

爱因斯坦提出的广义相对论不仅使物理学家对万有引力有了更深入的理解,而且有了新的答案。尽管这个理论具有开创性,但它未能成功地将引力描述为一个一致的量子理论。理论物理学家刘慕洋、米尔贾姆·柯维茨和林玲进一步指出,爱因斯坦的广义相对论未能将引力与所有自然力联系起来(大卫和罗伯特·n·p)。

哈佛大学物理学家安德鲁·斯特罗明格(Andrew Strominger)回忆起早期人们对弦理论的热情以及对与之相关的一切理论的感知(安德鲁·n·p)。然而,他坚持认为,尽管攻击这一理论的各种高调文章和书籍带来了回击,但这一理论并没有消失。此外,新泽西州普林斯顿高级研究所的物理学家胡安·马尔达塞纳(Juan Maldacena)坚持认为,弦理论已经从聚光灯下消失,但仍有改进的潜力。爱因斯坦在推进广义相对论的同时,把引力与核力和电磁力的强弱结合在一个框架内的愿望尚未实现。

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方法论

本研究采用定性和定量相结合的研究方法。大多数用来验证论文的信息都是从档案研究或二次数据分析中获得的。物理学家发表的各种期刊文章和杂志提供了弦理论及其未来的见解,构成了本研究工作中定性方法的基础。此外,发表的报告,期刊,和物理学界有关大型强子对撞机的最新资料都有价值。最后,从定量方法中获得的数据,如调查和在理论物理学家参加的会议上使用的问卷,为这项研究工作提供了重要的信息。

结果

事实上,大型强子对撞机无法找到与理论家预期相反的弦论重要性的线索,因此,关于弦论是否能将物理学统一到一个终极理论的争论加速了。在举行的一次会议上,理论物理学家聚集在一起,他们根据他们目前的信仰提出了问题(Kim等人,71)。结果显示,投票结果平分秋色,略多于半数的与会者反对弦论统一物理学的前景。

剩下的物理学家提出了弦论不太可能成功的想法,到目前为止,它是朝着正确方向迈出的一步。科学的好坏不能通过民意测验来决定。然而,它反映了科学家们当前的想法,并按民意测验进行了调查;很明显,弦理论的前途黯淡(Kim等人,81)。尽管如此,各种各样的档案研究对弦理论的未来表示了乐观。

讨论

物理学家们继续展望未来,因为他们尽力开发一个单一的数学一致的框架,将广义相对论定律与量子力学定律联系起来(Kiritsis 8)。广义相对论定律通常被称为“大定律”,而量子力学定律被称为“小定律”。由于没有弦论的概念,当试图将广义相对论和量子力学结合起来时,数学上的不一致性就被实现了(Kiritsis 9)。弦理论有一个可行的未来,因为人们需要一个统一的数学框架,因为宇宙是一致的。

如果没有这样一个一致的框架,就没有机会清楚地了解宇宙的起源以及黑洞内部深处的事件。尽管这是一个很难破解的难题,但将广义相对论和量子力学相结合仍然取得了成功,因为很少有方法像弦论提案(dine4)。科学家们继续致力于弦理论来协调量子力学和广义相对论的极端领域,原因有很多。首先,量子力学和引力统一的挑战是基础理论物理学中最关键的挑战之一。这是一个继续引起人们注意的问题。据许多实践者,主要是研究人员,弦论提供了最好的令人信服和令人信服的解决方案,在现有的解决方案,该问题(第八次会议)。通过自然地结合过去几十年物理研究的重大突破,弦理论提供了一个在数学上具有说服力的统一广义相对论和量子力学的理论(Dine 5)。

此外,弦理论与物理学的其他领域建立了深刻的联系。围绕超对称性的整个研究领域已经成为可能。超对称性被认为是标准模型的扩展,它通过预测标准模型中每个粒子的伙伴粒子来填补空白(Plauschinn 100)。今天对黑洞熵的理解归功于弦理论。目前对夸克胶子等离子体的启发性见解仍然是弦理论的一个重要里程碑,因此,有一个可行的未来。目前量子力学理论中可用的传统计算方法都受到该理论的启发(plauschinn117)。因此,人们可以认识到弦理论和量子力学的理论框架之间有着深刻的联系。简言之,哥伦比亚大学物理学家布莱恩·格林(Brian Greene)在超弦理论领域的各种突破性发现而受到全球认可,他揭示出弦理论是超越研究的,它是孤立的,是在一个特别模糊的物理角落进行的(Brian n.p.)。他进一步指出,弦理论有触角,这使得它能够在各种共同领域中灵活运用。因此,弦理论的兴趣和热情继续保持旺盛,归因于它在物理学各个领域的活跃方面(Plauschinn 122)。然而,据他所说,直到物理学家们发展出明确的观测或实验支持,弦论是否是阿尔伯特·爱因斯坦长期以来追求的健康、包罗万象的理论,仍然是个未知数。

这样一个关于基本粒子的数学一致性框架的未来仍然是光明的。标准粒子模型在预测时保持了一致性,但在描述粒子质量时却不精确。量子物理学没有包含引力的各个方面。因此,考虑到由于重力的缺失,量子理论在无关紧要的尺度下工作(Bergshoeff et al.,133),弦理论在应用于更重要的宏观尺度的物体时无法工作(Bergshoeff et al.,133)。在时空概念上,由于普朗克尺度是一种时空注定的计算,尺度变得非常脆弱。

此外,标准模型缺少基本粒子,但它有介质、重子和轻子以及其他动物园。根据弦理论的预测,所有基本粒子都是由相似类型的弦组成的,这些弦要么缠结,要么成环(Bergshoeff et al.,133)。这些基本粒子以特定的模式振动,这最终决定了这些基本粒子的性质或它们的行为。振动弦有能量,当它们进入引力势区域时,它们就充当质量,从而解决了与标准模型有关的一个问题。在未来,弦理论工作者需要设计一些技术或设计一个特殊的实验来探测这些弦,这是物理学和工程学的一个基本兴趣和概念。

对于弦理论也存在怀疑的观点。一些研究人员,特别是物理学家,继续怀疑弦论是否有能力将自然的各种基本力量统一起来(Chakraborty等人,45)。大卫·格罗斯是诺贝尔奖获得者,目前在卡夫利理论物理研究所工作,他提出了一些奇怪的暗示,比如额外的维度和多元宇宙,这是将物理学统一到一个终极理论的道路上的一个障碍。他将弦理论称为失败的理论,因为它对宇宙的预测无法验证(Bergshoeff et al.,131)。

当物理学家们试图最终实现阿尔伯特·爱因斯坦将引力和其他力统一起来的梦想时,挑战依然存在。例如,数学物理学家罗伯特迪杰格拉夫(Robert Dijkgraaf)表示,弦理论正试图提出一个新的体系,来推翻量子引力理论。然而,据他说,研究人员不知道所有值得放下的特征,而不仅仅是量子引力理论的特征(Chakraborty et al.,2019)

结论

总之,弦理论有助于量子力学和广义相对论(引力)的统一。它仍然是少数几个可以提供量子引力的方案中唯一的一个。出于这个原因,它被强烈地说服了。正如物理学家安德鲁·斯特罗明格所说,弦论继续承诺着无限的回报。它还提出了能量和物质基本上是由微小的弦组成的概念,这些弦在不断振动,试图将所有基本力统一成一个优雅的包裹。许多物理学家称赞弦理论,并将其命名为“万物理论”,这是人们长期以来所追求的。

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工具书类

安德鲁,斯特罗明格。弦理论的兴衰。2016http://www.discovermagazine.com/the-sciences/the-fall-and-rise-of-string-theory

Bergshoeff et al.“非相对论弦理论和T-对偶”,《高能物理学杂志》2018.11(2018):133。http://link.springer.com/content/pdf/10.1007/JHEP11%282018%29133.pdf

布莱恩,格林。弦理论的未来。2006http://www.scientificamerican.com/article/the-future-of-string-theory-a-conv/

大卫,格罗斯,罗伯特,迪杰克拉夫。第二条生命之弦理论。2016http://www.quantamagazine.org/string-theorys-strange-second-life-20160915/

吃饭,迈克尔。超对称性与弦理论:超越标准模型。剑桥大学出版社,2016年。http://cds.cern.ch/record/1027290/files/0521858410_TOC.pdf

基里西斯,伊莱亚斯。简而言之,弦理论。第21卷,普林斯顿大学出版社,2019年。http://cds.cern.ch/record/1065428/files/9780691122304_TOC.pdf

Chakraborty等人,和弦理论〉,《物理杂志A:数学与理论》52.38(2019):384003。http://arxiv.org/pdf/1905.00051

Kim,Hee-Cheol,et al.“黎曼曲面上的E-弦理论”。66.1(2018年):1700074。http://arxiv.org/pdf/1709.02496

普拉斯钦,埃里克。”弦理论中的非几何背景〉,《物理报告798》(2019):1-122。http://arxiv.org/pdf/1811.11203