物理學往事 超弦理論的簡單闡述，一個比科幻更瘋狂的科學，究竟有多詭異！

為什麼說顯理論是一個比科幻更瘋狂的科學 我們的宇宙是一個由物質構成的世界 所有的物質都是由電子、化克等基本粒子組成 它們在宇宙中不斷地運動 經由量子場論概念的出現 使量子力學融合了狹義相對論 從而將這些不同類型的粒子所產生的交互作用 組成了粒子物理的標準模型 其中包含了構成物質的費米子 以及描述相互作用的玻色子 雖然看似描述了世間萬物 但實際上標準模型無法將引力包含在內 通常我們用廣義相對論來描述大尺度下的引力 物質在彎曲時空中表現出如同引力般的吸引現象 我們將時空彎曲的量子稱為引力子 但將其放入標準模型中計算時 卻得出了無窮大的荒謬結果 這使得我們無法在量子尺度下描述引力 正當人們試圖尋找新理論來解決這個問題時 物理學中最傑出且最具爭議的弦理論出現了 作為理論物理學的分支 弦理論的一個基本觀點是 標準模型中不同類型的點狀粒子 其實都只是一個近似值 在更小的尺度下 這些粒子都是處於線狀的弦 其中包括有端點的開弦以及圈狀的閉弦 弦的不同振動和運動都會促使不同基本粒子的誕生 同時它還能清晰解釋電子的測不準原理 在量子力學中 假設我們向目標投射一個電子 它會像波一樣傳播 並且能預測出電子可能出現在某個位置的概率 同時對所有軌跡以及所有可能的相互作用進行求和 例如電子在到達目標之前會釋放或者吸收能量 能量會以光子的形式表現出來 這種釋放和吸收光子的行為是隨機的 並且在過程中會多次發生 從而導致了電子軌道的改變和不可預測 而在弦理論中 粒子將不再是一個點 而是一根弦 並且可以按照特定的路徑運動 使其不再隨機 由於弦的振動是連續的 所以粒子的相互作用也是連續的 這時將以粒子拉入到標準模型中就變得非常合理 但這又產生了更多的問題 首先 所有弦的振動表現都像是玻色子 卻無法產生像電子一樣的費米子 與客觀事實相違背 其次 弦理論預測了一種超光速粒子 但是它的質量卻是一個虛數 最後 我們所感知的宇宙是由三維空間和一維時間所組成的四維時空 但弦理論卻只適用於26個維度的宇宙 這對於我們目前的宇宙來說顯得十分離譜 為瞭解決這些問題 科學家將弦論進行了升級 誕生了更加完善的超弦理論 這樣不僅解決了費米子不存在的問題 並且還預測了費米子和玻色子的數量是一樣的 這就是超對稱性 在超弦理論中 宇宙也不再需要26個維度 而是降成了九維空間和一維時間的十維宇宙 但對於我們無法感知的四維時空以外的其餘六個維度的問題 依舊無法解決 這也使得弦理論看起來十分神奇的同時 又顯得十分詭異 現如今弦理論已經發展到了 結合五種超弦理論和十一維空間的M理論 而這也是最有希望將自然界中的基本粒子 和四種相互作用力統一起來 使量子力學和相對論徹底融合 成為物理學界真正的大一統理論 雖然目前的人類科學依舊無法感知更高維度的空間 而那裡或許就是我們的靈魂與意識的棲息地 也可能隱藏著宇宙的終極祕密