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弦论:无法检验的壮观理论 [复制链接]

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发表于 2019-11-3 15:47:26 |显示全部楼层

弦论:无法检验的壮观理论



引用《参考消息》2001.3.31

  【美国《纽约时报》2001年3月13日文章]题:尽管证据很少,弦论的影响不断增大(记者詹姆斯·格兰兹)

  科学家们理论的产生是在淋浴的时候,在贫瘠的山峦中,在驱车上班的路上,甚至在睡梦中。但是,所有理论的共同点是,预言最终是在实验中得到检验的。在那里,自然规律决定哪些灵感是正确的,哪些是错误的。


一 “包罗万象的理论”

  但后来却有了弦论—— 一 种抱负很大的、具有深奥数学原理的尝试,旨在把所有物理学―从万有引力到量子力学和亚原子力量—— 都连接到一起,形成一个壮观的单—— 形式体系。

  虽然弦论学者们最初于80年代中期以为他们可能获得了一种“包罗万象的理论”,而且现在,这一领域是理论物理学中最热门之处,但是弦论学者们尚未设计出一项决定成败的实验来检验自己的想法。

  这部分是由于理论中所涉及的弦不能直接观察到:它们被认为是振荡的实体,其大小不到原子的万亿分之一的万亿分之一。不同的弦振荡所对应的自然界中的粒子也有所不同。但是,科学家们现已掌握的情况仍是凤毛麟角,远远不足以构成他们所假设的最终的完整理论。

  尽管如此,弦论学者们已经在不断获得在通常情况下只有实验中的获胜者才能获得的战果,包括联邦政府的赠款、享有很高声誉的奖金以及大学里的终身教授职位。圣巴巴拉加州大学理论物理研究所所长戴维·格罗斯博士说,几年前,供弦论学者就职的工作岗位还寥寥无几。“如今,如果你是一位风华正茂的弦论学者,那么你的工作岗位就是现成的。”

  在本月为庆祝格罗斯博士印岁寿辰而在圣巴巴拉举行的一次会议上,一些物理学家就弦论进行了学术讨论。



二 “老虎的尾巴”

  自从儿十年前开始出现以来,弦论一直在不断地变化。但是就连它的最热情的倡导者们也承认,他们迄今为止所了解到的情况,还不到格罗斯博士所说的“老虎的尾巴”,即一个据信的完整理论的少数提示性部分。直到最近为止,该理论的物理学内核一直被认为是一些处于不断振荡中的、具有10维的循环,由比质子小得多的弦组成。这些弦(没有人说得准它们是由什么构成)不同的振荡方式代表着自然界中的不同粒子。

  而现在,物理学家们认为,最终将被查明的物体是具有11维的膜。不管是两者中的哪一种情况,超出通常的4维之外的额外的维都会是卷曲的,以致几乎无法察觉。由于这种振荡包括引力子,即被认为传递重力的粒子,以及强弱核力和电磁力所涉及的粒子,所以弦论提供了创立一种统一性的物理学的前景。

  但是,随着这种审美上的吸引力而来的是一些严重的问题。首先,在80年代,研究结果似乎表明,这些弦的一个基本特点是无力应付粒子和它们的镜像之间已知的差别等自然界中的普遍事实。但是,较为仔细的研究结果表明,与所有的预期相反,弦论中的各种不同的项相互抵消,从而解决了这个问题。


三 待解之谜

  10年后,这个领域再次死里逃生,因为原本似乎是几项彼此不同的弦论结果都被证明是同一基本理论的不同方面—— 这是一项值得庆幸的发展,因为关于宇宙的“最终”理论如果超出一种,则物理学家们会无所适从。普林斯顿高级研究所的物理学家爱德华·韦顿博士说,这些插曲使物理学家们认识到,他们即将取得重大成果。他说:“如果事情的结果是,在好几十年里导致了如此多的奇迹般发现的弦论与自然界毫无关系,那么在我看来,这是一个引人注目的宇宙阴谋。”

  与此同时,斯坦福大学物理学家斯蒂芬·申科博士说,弦论对纯数学几个分支的强大影响力提供了有关这一思想的“巨大睿智”的一种出色检验。他说,这种广泛的影响力既表明物理学家们并没有忽略掉某种数学上的严重错误,也表明这一理论的丰富程度足以使之成为一项包罗万象的自然界理论。

  但是,与会的剑桥大学物理学家斯蒂芬·霍金说,物理学家们也应当牢记,他们从前犯过错误,弦论仍然包含许多谜。

  霍金博士说:“在100年来的绝大部分时间里,我们都认为有关万物的理论‘即将出现’。虽然我们不断获得新的发现,但是我们并不认为我们已经能够说终点就在眼前。”


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