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弦理論:宇宙只能是26維度,這樣才能兼容廣義相對論和量子力學
2023/04/26

按照量子力學的預想,想要把引力納入到標準模型的關鍵點 就是要找到引力的傳播子,也就是引力子。

廣義相對論認為物體之間的引力是通過時空彎曲來實現的。引力好像沒有通過任何介質就可以超距作用來傳遞力。而量子力學認為,時空曲率之所以可以傳遞引力必然是依靠一個最基本的粒子來完成的,這就是曲率量子,也就是我們熟知的引力子。令人絕望的事情發生了,當物理學家嘗試將引力子納入到標準模型中時,計算就會得到一個無限大的結果。這就意味著,我們暫時無法用量子力學描述引力,即便科學家經過了半個世紀的嘗試,廣義相對論的引力理論和量子力學依舊是不兼容的。每一個物理學家都堅信,宇宙規律不可能是局域的,四個基本作用力必然是可以被統一起來的。

為了信仰,物理學家不得不尋求新的理論來統一萬有引力和其他三個基本作用力。

目前最有可能成功的理論就是弦理論。在量子力學中,標準模型中的粒子都被認為沒有內部結構的「量綱」粒子,通俗一點說,這些粒子已經是最小的了,不可以再分了,包括引力子,也是不可以再細分的粒子。而弦理論認為,既然引力子和標準模型中的其他粒子無法兼容在一起,那麼是不是意味著引力子和其他基本粒子是有內部構造的,它們是可以在更小的尺度上被統一起來的。

所以在弦理論中,基本粒子只是一個近似值,如果放大這些粒子,就會發現它們都是由一根小弦構成的,這些弦有時打開,有時閉合。這些弦就像皮筋一樣,也存在張力,也可以振動。就和吉他弦一樣,不同的振動方式可以產生不同的波。如果振動方式不同,那麼就會產生第一種波,第二種波,第三種波依次類推,不同振動的波在量子尺度上就會表現成不同類型的粒子。

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