就像節日期間離婚的父母一樣,物理學是由兩個心愛的權威組成的,但他們就是無法相處——和量子力學。
幾十年來,許多研究人員將統一的希望寄託在一種稱為「統一」的東西上。。 從好的方面來說,它指出了引力和亞原子粒子行為之間的奇怪聯繫。 不利的一面? 它是弦理論。
和世界各地的許多物理學家一樣,普林斯頓大學的理論家們一直在追逐一個夢想,將幾十年來疏遠的物理學家聚集在一起,形成所謂的萬有理論。
正如普林斯頓大學公關經理凱瑟琳·贊多內拉 (Catherine Zandonella) 最近解釋的那樣,他們取得了一些成功,至少在數學上的共同點方面是如此。
「關鍵的見解是重力,將棒球帶回地球並控制棒球生長的力量,在數學上與構成我們周圍所有物質的亞原子粒子的奇特滑稽動作有關,”贊多內拉說。
“重力和亞原子粒子之間的這種相關性為物理學提供了一種羅塞塔石碑。”
這種共同點與爭吵理論的結合並不完全相同,但翻譯相關語言的方法至少可以讓他們交談。
不幸的是,這種洞察力是由弦理論框架提供的,該框架繼續使研究人員產生分歧? 我們大多數人都聽說過這個數學模型,但很少人真正掌握。
所有這些混亂的根源都與無窮大有關。 如果您將數字代入公式後卻無法得到有意義的答案,那麼您的公式在進行預測時實際上毫無用處。
量子理論為我們提供了大多數粒子之間相互作用的可靠答案。 答案不僅有意義,而且與實驗數據完全一致。
不幸的是,重力是一隻奇怪的鴨子。 現在,根據愛因斯坦的廣義相對論,我們透過描述時空的形狀來解釋遙遠品質之間的弱吸引力。
將離散載力粒子的基於機率的數學與廣義相對論的時空背景結合只會以無限答案的形式給出無意義的結果。 就像兩個人互相呼喊。
將引力與兩種核力和電磁力結合起來將為我們提供一個更簡單、包羅萬象的理論,描述我們的宇宙如何從單一的物理作業系統中出現。
一種潛在的解決方案是以一種完全不同的方式看待所有粒子,即在 4D 時空背景中編織時保留其離散的機率性質。
弦理論透過將粒子描繪為在多個維度內改變形狀的單一維度來實現這一點。 或者,換句話說,一條在一定頻率範圍內「嗡嗡作響」的線,這解釋了粒子的獨特特徵。
這實際上適用於物理學中的一系列事物。 1990 年代,普林斯頓大學的三名研究人員將弦理論應用於將夸克粘合在一起形成質子和中子的強力粒子? 粒子被幽默地稱為膠子。
他們發現同樣的方法也可以幫助他們理解黑洞如何輻射能量。
幾年後,另一位普林斯頓大學研究員胡安‧馬爾達西納 (Juan Maldacena)提出了更一般的解釋諸如扭曲時空的質量和產生亞原子粒子的場論等大事物的研究。
二十年過去了,弦理論繼續以反德西特空間/共形場論的形式激發了爭論的物理學之父之間的這種共同語言,或者AdS/CFT 對應關係。
「我們希望了解內部的奇點,”馬爾達塞納說。 「理解這一點可能會為人們帶來有趣的教訓」。
就在最近,史丹佛大學物理學家倫納德·蘇斯金德發表了他的解釋基於 AdS/CFT 對應的黑洞內部體積膨脹。
儘管這個模型很優雅,但一個好的想法需要在實踐中進行專門觀察才能成為令人信服的理論。 尤其是當一切的基礎都受到威脅時。
即使是弦理論的創始人也懷疑數學是否代表了真實的東西,或者是更深層真理的淺層反映。
「我的猜測是,現實世界的理論可能與弦理論有關,但它不是形式、嚴格、數學意義上的弦理論,”蘇斯金德最近受訪時表示。
「確切的東西——我稱之為弦理論,即這種數學結構——本身無法描述粒子。”
弦理論可能會讓父母議論紛紛,甚至可能向我們展示將廣義相對論與量子力學聯繫起來的觀察方法。
但顯然,要讓物理學大家庭團結起來,我們還有很長的路要走。 這可能不會在聖誕節之前發生。 或是很快的聖誕節。