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桃运狂医,物理:两大柱石的对立-雷火苹果app

admin 雷火竞猜 2019-05-15 361 0




跟着显微镜、加速器和望远镜日益强壮,咱们能够看到越来越小和越来越大的国际。在《最小有多小?最大有多大?》一文中,咱们从最小的普朗克标准不断地穿越到可观测国际的巨细。

当咱们从肉眼可见的国际一向进入到亚原子国际时就会发现,这些构成物质的细小粒子有着十分古怪的行为,它们往往与咱们的日常体会相悖。这些粒子的行为和相互作用需求用量子理论来描绘。而在另一边,星系和国际的演化,以及一些极点的天体(如黑洞),则需求使用爱因斯坦的广义相对论

在《现代物理学的两大柱石》中,咱们现已介绍过这两个理论。可是,这两个理论之间的边界在哪里?咱们能够模仿国际的初步或许黑洞的内部吗?就现在所知,在这样极点的情况下,一切的物理规律都会失效。

国际中,已知的四种根本力分别是引力电磁力弱核力强核力。广义相对论是现在描绘引力的最好理论,而其他三种根本力则由量子场论描绘。物理学家以为,在很高的能量下,这四种力会被一致到一个单一的结构中,这样的一个理论被称为万有理论

格拉肖(Sheldon Glashow)、萨拉姆(Abdus Salam)和温伯格( Steven Weinberg)现已成功地在高能下将电磁和弱相互作用一致到一个叫电弱理论的单一结构中。他们也因而获得了1979年的诺贝尔物理学奖。这个理论所预言的传递弱核力的粒子(W和Z玻色子)在1983年被发现。

他们的成功让一些理论物理学家使一些科学家信任,或许在更高的能量下,强核力、弱核力和电磁力都能够被一致起来。这种思维被称为大一致理论。虽然在理论上具有满足的吸引力,但在试验上,理论所猜测的质子衰变至今仍未被观测到。



○ 四种根本力的一致。| 图片来历:新原理研讨所

可是,当物理学家想要把引力也包含进来时,却遇到了困难。假如咱们企图以最清楚明了的方法来谐和引力和其他力,就会得到无量大。但咱们知道,实在的东西不行能有无量大的值。因而,当无量大呈现时,就意味着理论呈现了问题。

关于空间中质量十分大、但十分小的区域(比方黑洞内部),广义相对论就给出无量大的解。一起,当咱们假定量子场论适用于恣意小的标准时,也会得到无量大的成果。

其间一些问题或许在于分配广义相对论的根本原理与分配量子力学的根本原理不匹配。广义相对论通知咱们,空间和时间不是肯定的:它们自身也是动态的。相反,在量子场论中,空间和时间是界说场的固定布景:变量精确地依赖于它们所在的方位。

此外,咱们对量子力学的诠释与咱们作为观察者所扮演的人物是密不行分的。但在广义相对论中,观察者对理论没有影响。

最终,广义相对论需求一个被质量曲折的润滑的空间结构。但量子力学的不确定性原理通知咱们,没有什么是真实润滑的:即使是真空,也有必要存在量子涨落。看起来这些理论的根本元素是不相容的。

为了处理一切这些问题,并让广义相对论和量子理论和平共处,物理学家在曩昔几十年提出了许多的或许性,包含圈量子引力理论因果集理论因果动态三角剖分等。但在一切的测验中,只要弦理论最靠近这个方针。

在曩昔,咱们以为这个国际是由粒子构成的。但弦理论却通知咱们,粒子并不是最根本的:在十分小的间隔上,它们像是细小振荡的弦。这些弦在量子力学和相对论都能很好的发挥作用。事实上,量子弦很简略发生咱们观测到的粒子。

尽管弦理论看起来极端美丽,但它要求许多杂乱的概念。它依赖于超对称,并需求假定存在额定维度。而最令人为难的是,现在还没有任何试验依据标明它是对的。

尽管如此,物理学家现已发现了一个丰厚的潜在结构。弦理论具有重要而吸引人的对偶性,出人意料地将数学和物理的不同范畴联系起来。而弦自身仅仅奥秘时空的简略比如。现在,大多数的研讨都会集在ADS/CFT对应上,但它还没有被彻底了解。

在未来的文章中,咱们将逐个的解说这些听起来奇特的概念,并讨论弦理论的问题、约束和代替计划。

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