終極理論候選者,哪個是愛因斯坦追求的夢?或許人類永遠找不到!
自從人類有了科學以來,科學家就在探索宇宙的終極奧秘,在二十世紀之前的200多年,人們堅信牛頓力學就是終極理論。
但後來的量子力學和廣義相對論,指出了牛頓力學是不完備的,然後科學家又掀起了新的探索。
尤其是愛因斯坦,在完成了廣義相對論後,用自己剩下的一生,去探索終極理論,可惜直到他去世,也沒能成功。
在電影《銀河系漫遊指南》當中,超級計算機給出的終極答案是「42」,當然這是個無厘頭的答案。
那麼現在,我們站在歷史的前沿,一起來看看,都有哪些理論,「有可能」成為終極理論吧!
一、 超弦理論
超弦理論是目前最有潛力的理論,1969年物理學家Gabriele Veneziano在瑞士大數學家歐拉的一本著作中,注意到了一個函數(歐拉B函數),可以用來描述強作用力。
後來物理學家Leonard Susskind發現,這一函數延伸出來的物理圖像,是"可扭曲有彈性的線段",並在後來發展成了"超弦理論"。
超弦理論描述:我們宇宙的最小基本單元是一維的且很小很小的"弦",尺度是普朗克距離約10^-35m,這些弦以不同的方式振動,可以得到不同的基本粒子,比如電子、夸克和中微子等等。
超弦理論最大的特點,就是對世界的維度做了限制,在超弦理論中,要求我們世界必須是11維的,十維的空間加上一維的時間。
之所以認為超弦理論最有可能成為終極理論,是因為超弦理論能夠調和量子力學和相對論之間的衝突。
在之前,量子力學主宰著微觀世界,相對論主宰者宏觀世界,兩者有著本質的矛盾,成為當代物理學中最大的難題,而超弦理論為解決這一矛盾,提供了一種思路。
由於超弦理論涉及到的數學知識艱深,所以能夠涉獵該領域的人屈指可數。
二、 圈量子引力論
圈量子引力論又名量子幾何學,是專門為了調和量子力學和相對論,發展出來的一套理論。
圈量子引力論的特點,如同廣義相對論用空間彎曲描述宇宙一樣,只不過圈量子引力論描述的是量子行為,而且非常成功。
以至於某些科學家指出,很有可能圈量子引力論與超弦理論,都是終極理論在某些條件下的近似,猜測兩者還會統一到一起。
三、 量子引力理論
量子引力理論,研究量子力學和引力結合的理論,我們知道,現在已知的基本力有四種,強力、弱力、電磁力和萬有引力。
其中量子力學可以很好地描述前面三種力,但對萬有引力的描述,卻顯得束手無策,唯有廣義相對論可以描述萬有引力,所以量子力學和萬有引力的結合,必定是終極理論的研究範疇。
量子引力理論最大的特點,是描述了一種反引力,其中強力、電磁力和弱力,都是反引力分化而來。
該理論還描述了「為何存在光速限制」,因為在該理論模型下,粒子級物質都有一種泡沫結構,而支撐這些泡沫的關鍵就是速度。
如果超過光速,就會造成光子中的引力和反引力不穩定,這種不穩定會使光子運行速度變慢,直到落回光速,這就是光速恆定的原因,但是在該理論中,也存在一些超粒子可以超光速運行。
霍金曾一度研究終極理論,不過在後來的一次公開演講中,他坦言已經放棄了對"終極理論"的研究,並認為人們永遠不可能獲得這樣的理論。為此,不少科學界的人士,對霍金這一消極的態度,給予了反駁。
以上三個,都是終極理論的候選者。另外,在超弦理論上,發展起來的M理論,本身是五種超弦理論的統稱,所以無需單獨列出來。
這些理論的預言和研究,在目前實驗水平上,還無法進行驗證。比如超弦理論研究的尺度,要想驗證,所需要建造的對撞機,可以繞銀河系一周呢!
當然,不排除未來的人類,真可以建造這麼大能量的對撞機。


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