弦理论正在瓦解吗?

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近一个世纪以来,物理学一直处于分裂状态。断层线的一侧是爱因斯坦的广义相对论,该理论认为引力是由于大质量物体弯曲空间和时间而产生的,就像保龄球会使蹦床变形一样。分歧的另一边是量子物理学,它是粒子的统治者,在量子物理学中,事件是随机的,电子同时出现在两个地方是很自然的。这两种理论中的每一种都可以在没有另一种理论的数学和概念基础的情况下很好地运行。但是,事实证明,要弥合它们并将物理学重新统一起来非常困难。自 20 世纪 80 年代中期以来,许多顶尖物理学家将修复这种分裂的希望寄托在弦理论上,弦理论将粒子描述为在复杂的高维领域中脉动的极小能量环。

弦可以解释所有已知的物理力:引力、电磁力以及导致放射性衰变的强核力和弱核力。没有其他假设可以声称做到这一点。但是,为了发挥它们的魔力,弦必须在我们用肉眼可以验证的三维空间之外的额外维度中蠕动。这些额外的维度就像空间中的微小口袋,太小了,无法在任何可以想象的实验中观察到。这本身并不是灾难性的;一些间接测量可能可以揭示弦的辐射。

近年来,一个更大的问题变得显而易见。1998 年,天文学家发现了一种神秘的“暗能量”,它以加速的速度将星系推开。(在此之前,他们一直认为星系的扩散是速的。)研究人员怀疑这种现象是由量子效应在整个时空中起作用而产生的,从而产生了一种排斥引力。简单的计算表明,这种能量应该是巨大的——这清楚地表明,当量子和引力混合在一起时,旧的观念不再适用。理想情况下,弦理论应该解释为什么暗能量比它可能存在的要弱得多。弦理论支持者提出的唯一解释是许多物理学家难以接受的:假设弦理论能够描述天文数字的不同宇宙,每个宇宙都有自己的暗能量,并注意到其中一个宇宙必然看起来像我们的宇宙。换句话说,弦理论“预测”暗能量可以是任何你喜欢的——这绝对不是那种能够赢得怀疑者认同的说法。


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一些弦理论家,从斯坦福大学的伦纳德·萨斯坎德那里获得启发,认为弦理论的这些多重宇宙可能共存,彼此演化,时不时产生一个像我们这样的宇宙。萨斯坎德将这个概念称为弦理论的人择景观。

怀疑论者认为,这种景观是对数百年科学实践的背弃,在这些实践中,一个成功的理论最终只能描述一个宇宙:我们周围看到的宇宙。在他们看来,弦理论家正处于不得不改变科学规则以使其理论发挥作用的不利境地。对景观的焦虑已经从学术界的预印本和学术报告会蔓延到博客、一些最近的科普书籍,甚至《纽约时报书评》的版面。“我震惊地看到粒子理论家不愿意放弃弦理论,”哥伦比亚大学的数学物理学家彼得·沃伊特说。沃伊特维护着一个名为Not Even Wrong的博客,专门批评弦理论,最近出版了一本同名书籍。“景观宣告了弦理论作为粒子物理学统一理论的终结,”他断言。

并非所有弦理论家都对景观充满热情。“并不是说我发现它难以置信。只是感觉它不是一个深刻的解释,”哥伦比亚大学《优雅的宇宙》的作者布莱恩·格林说。“我坚持这样一种理想,即我们将能够从更深层次的地方解释事物。”他指出,量子物理学花了数十年才弄清楚,而它的先驱者们受益于实际的实验结果来指导他们前进的道路。

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