M理论,这个弦理论中的“王”,它是如何一步步崛起的呢?

之前的篇章有介绍过,“超弦理论”将“弦理论”的空间维度从25维降到了9维,但是与此同时,诞生了各种各样版本的理论,即使筛选到最后,还剩下五种各不相同的版本,也不知道谁对谁错。本来是奔着“大统一”去的,这还没“统一”呢,自个就“分裂”了,这不是搞笑嘛。

M理论,这个弦理论中的“王”,它是如何一步步崛起的呢?

超弦理论


这时候“大神”威腾出场了!你们不是都说自己的理论正确吗,那我就假设这五种理论都正确,然后从中找矛盾,如果能找到矛盾,那就说明这五种版本中肯定有不正确的,也就是通过反证法去排除。结果找来找去,到最后也没能找出矛盾。虽然反证法的方法失败了,但是在寻找矛盾的过程中却有了意外收获。

威腾发现,这五种理论不仅不存在矛盾,反而是同一种理论的5种化身。就像水、冰和水蒸气,它们其实都是一种物质,但是表现形式却不一样。这五种超弦理论也是一样的道理,其实它们在本质上是同一种东西,化学式都是H2O。那威腾是怎么发现这个的呢?其实给他带来灵感的,是在这之前已经被抛弃的一套理论,叫超引力理论。

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大神威腾


超引力理论是一个10维的理论,也就是10维空间的理论;这比超弦理论多1个维度。超引力理论也是建立在超对称理论基础上的。前面的篇章曾提到过,费米子和玻色子理论上都有对应的“超伴子”;弦理论预言中,那个承担引力的玻色子:引力子,应该也有个对应的“费米伴子”,就叫超引力子。当然这都是弦理论的理论推测,超对称理论至今为止也没有被实验证实。

但这都不重要,重要的是超引力理论这套理论存在着严重的问题,因为它违反了手征性。根据研究表明,手征性只存在于单数维度的空间中。也就是说,空间的维数必须是奇数,否则自然界的规律中将没有手征性。如果没有手征性,意味着弱相互作用下宇称将是守恒的,所以超引力理论直接就被判了死刑。

M理论,这个弦理论中的“王”,它是如何一步步崛起的呢?

冰和水


但是这个超引力理论,除了这个手征性问题外,其他方面都表现得很好,尤其是在量子色动力学方面。所以说确实很可惜,要不然大同一理论很可能就是它了。这么好的理论是不是有点浪费了,有没有可以借鉴的地方呢?

当然有!按照超对称理论的思想,空间维度的上限应该是10维度,现在的超弦理论空间维度是9违。那剩下的这一个维度跑哪儿去了呢?于是,威腾结合前人的一些想法,求解10维空间中的超引力方程后,发现它的解对应的不是1维的弦,而是2维的“膜”,不同的膜存在于不同的9维空间中;打个比方,左手边一个9维空间,右手边一个9维空间,合起来看,整体就是一个10维的空间。但是因为它们各自都是9维空间,所以在各自的空间中,不违反手征性。

M理论,这个弦理论中的“王”,它是如何一步步崛起的呢?

手征性


至此,威腾带着他的M理论引爆了第二次超弦革命。最后关于M理论的“M”到底是什么意思,这个一直没有明确的答案。不过,根据威腾本人表示,“M”的意思可以根据个人喜好去理解,Master(统治者)、Mother(母亲),还有Membrane(膜)都可以,你自己决定吧!


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