宇宙的琴弦，什么是宇宙的终极理论 18

本系列文章预计会有30个章节，这套文献将系统的讲述物理学本身，今天是第三季第19篇

20世纪初，广义相对论和量子理论一直都是当世风靡物理界的知识体系，然而大神爱因斯坦一直都不满足当下相对论和量子理论不相容的问题.

所以，爱因斯坦在他的后半生中，一直在寻找统一场论，即一个能在单独的包罗万象的数学框架下描写自然界所有力的理论。

他渴望以前人从未成功达到的清晰来揭示宇宙活动的奥秘，由此展示自然界的美丽和优雅。

但是，爱因斯坦没有成功。直到20世纪70年代，弦论登场了。弦论的提出，其目的就是统一电磁力、弱力、强力和引力这四种基本作用力。

01 弦论是什么？

弦论的提出，其目的就是统一电磁力、弱力、强力和引力这四种基本作用力。

根据弦论，宇宙的基本构成要素不是点粒子，而是有点像弦乐器的上下振动着的一堆琴弦。弦论的弦被认为是深藏在物质核心里的。

弦论的弦小得可怜，平均大约是普朗克长度的尺寸。弦论“抹平”了时空短距离性质，从而也令喧嚣的量子波浪安静了许多。

弦论似乎解决了广义相对论与量子力学间的矛盾，所有物质和力都来自同一个基元：振动的弦。

02 弦论的思想

根据弦理论，假如我们以更高的精度——比现有技术高许多数量级的精度——去考察那些粒子，我们会发现它们并不是点状的粒子，而是由一维的小环构成的。每一个粒子都像一根无限纤细的橡皮筋，一根振荡、跳动的丝线。就把它叫弦。

图里说明了弦理论的基本思想：从一个普通的苹果开始，不断地放大它的结构，显出越来越小的组成。

以前我们从原子走到质子、中子、电子和夸克，现在弦理论在它前面增添了一根微观的振动的线圈。

03 弦论的基础

弦论有两个基础：量子力学和相对论。

弦论提供了一个以量子力学为开始、以广义相对论为结束的优美逻辑。

弦论承诺会统一引力和量子力学。为了让描述超弦理论的方程能够连接广义相对论和量子力学方程，解释自然界中的粒子，统一基本力等，必须发明额外的维度。

在量子宇宙中，能量的不确定性导致时空扭曲而出现不确定性，引发远处出现波动，或者更特殊的情况下导致度量标准的波动。

因此，整个几何都会变得不确定；维度的概念甚至维度的数量都变得不可捉摸，超出了人类现有实验的测定能力。

超弦理论所需要用到的数学要求存在至少十个维度。也就是说，如果要弦论有意义，宇宙应该是十维的：九维空间加一个时间维。十维空间是宇宙这座大琴的音箱，拨动这些最小单位的弦造成不同的音高与音色，产生不同的基本粒子，进而发展出所有的物质与作用力。

必须承认的是，人类的大脑和眼睛，只是为了应付三维空间和四维时空的各种情况演化出来的，不具备辨识和解析高维度空间物体的能力。

如果弦论是真的，那它又一次极大地变革了我们对时空的认识。

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