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本文由公众号 “把科学带回家” 提供 万物理论到底是个什么东西，为什么那么多物理学家都在找它？ 弦论又是什么，为什么大家说它可能是万物理论呢？ 如果弦论这么厉害，为什么还没有打败爱因斯坦的相对论呢？ 今天我们来了解一下。 为了解释世界上的万事万物，人类创造出了各种各样的理论。通过和事实进行比对，我们会排除那些不靠谱的理论，保留那些能解释更多现象的理论。 这个思路听起来不错，但是，这个世界奇怪的一点就在于，当你懂得越多的时候，你就会发现事情远比你之前想象的更复杂。 为了解释更加复杂的真相（或者说我们对世界更加复杂的认识），就出现了许多反直觉、反常识的理论。 弦论就是其中之一。 简单地讲，弦论是一种粒子理论。 什么是粒子理论呢？ 就比如目前的教科书教我们，物体是由粒子构成的。比如你是由细胞构成的，细胞是由蛋白质啊无机分子啊等分子构成的。 分子呢又是由原子构成的。 在人类的历史上，我们一度以为原子就是世界的终极基本结构。但是后来相互碰撞的原子又曝光了一些更小的物质。所以后来人们开始意识到，原子还可以分割成电子、胶子等基本粒子。 然后就开始出问题了。 原子内的基本粒子太太太小了，我们没办法按照正常的思路观察。 什么叫正常的思路？就是用光啊。 比如你观察一只鸭子的时候，是光先打到鸭头鸭屁股上，获得了鸭子的一部分信息，然后再弹到你的眼睛里，把信息传递给你，使你看到鸭子。 换句话说，所谓的“看见”实际上是光和观察对象的一种互动。当观察对象很大的时候，光对它就没什么影响，可是如果观察对象很小呢？比如，比光还小呢？ 我们知道，光是一种电磁波，如果观察对象太小了，比电磁波的波长还小，那么它就有可能打不到对方。 如果把光的波长变小似乎可以解决这个问题。但是，波长变小的电磁波的能量会变大，这样高能的电磁波打一下微小的粒子，粒子就可能被弹飞。 因为这个原因，我们没有办法准确地测量基本粒子，这就是海森堡不确定性原理，量子物理学的基本框架。 所以目前我们“看到”的基本粒子实际上是一团模糊不清的云雾，我们只知道基本粒子就藏在这些“云雾”里。 那么，如果我们无法精确测量基本粒子，那又怎么知道它们长什么样、有什么性质呢？ 这就是点粒子模型要脑补的问题了。物理学家们假设这些基本粒子是一个点，比如把电子想像成带电荷有质量的一个点，然后再建立数学模型描述它们的活动。 这就是量子场论在干的事。这个理论能解释许多物理现象，用它来解释实验数据的精准度非常高。有多高呢？ 高到0.0000000000002%。 由于量子场论对现象的解释性非常强，即使基本粒子不是一个点，量子场论构造的世界也非常接近真实了。所以目前物理学中的标准模型就是建立在量子场论之上的，许多科技也是基于标准模型，比如磁悬浮列车还有强子治疗。 听起来不错啊，那我们就全盘接受标准模型吧！ 且慢！ 听说过爱因斯坦吗？爱因斯坦有话说。 在量子力学里，所有的力，包括重力都是基本粒子产生的。但是爱因斯坦的广义相对论说，重力和别的妖艳的力不一样，它不是粒子产生的，它就像粒子表演的舞台，而且本质上是一种几何啦！ 所以物理学目前因为重力的问题产生了分裂。如果能解决这个问题，我们就有了能够解释万物的理论——万物理论，一统物理的天下了！ 这就是弦论诞生的原因。 搞弦论的人说，基本粒子不一定是一个点哦，有可能是一条条弦变哦！ 弦论说各种基本粒子其实就是弦的各种不同振荡模式啦。就好像小提琴弦的不同振动可以产生不同的音调一样，弦的振动可以产生基本粒子。 然后这个弦论也可以解释重力和宇宙中所有的基本作用力。 听起来太刺激了，那我们就接受弦论吧！ 桥豆麻袋！ 弦论的确很美好，好像就是传说中的那个万物理论，可是它有个致命的弱点，那就是—— 弦论需要10维的世界才有用，但是我们的世界只有三维空间加上时间一共四个维度，所以目前弦论还是没法应用到我们所在的世界里。 所以为什么弦论还没有被封杀？ 是这样的，虽然从物理上看弦论没有办法解释我们所在的四维世界，但是它用到的数学推导是货真价实的。 用弦论里的数学可以解决很多问题，所以弦论还是很有用的，就和点粒子模型一样有用。 物理学家和数学家们也正在积极地修正弦论，让它能够应用到我们所在的世界。革命尚未成功。 如何获取视频版？ 中文字幕。 |
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