M理論,這個弦理論中的“王”,它是如何一步步崛起的呢?

之前的篇章有介紹過,“超弦理論”將“弦理論”的空間維度從25維降到了9維,但是與此同時,誕生了各種各樣版本的理論,即使篩選到最後,還剩下五種各不相同的版本,也不知道誰對誰錯。本來是奔著“大統一”去的,這還沒“統一”呢,自個就“分裂”了,這不是搞笑嘛。

M理論,這個弦理論中的“王”,它是如何一步步崛起的呢?

超弦理論


這時候“大神”威騰出場了!你們不是都說自己的理論正確嗎,那我就假設這五種理論都正確,然後從中找矛盾,如果能找到矛盾,那就說明這五種版本中肯定有不正確的,也就是通過反證法去排除。結果找來找去,到最後也沒能找出矛盾。雖然反證法的方法失敗了,但是在尋找矛盾的過程中卻有了意外收穫。

威騰發現,這五種理論不僅不存在矛盾,反而是同一種理論的5種化身。就像水、冰和水蒸氣,它們其實都是一種物質,但是表現形式卻不一樣。這五種超弦理論也是一樣的道理,其實它們在本質上是同一種東西,化學式都是H2O。那威騰是怎麼發現這個的呢?其實給他帶來靈感的,是在這之前已經被拋棄的一套理論,叫超引力理論。

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大神威騰


超引力理論是一個10維的理論,也就是10維空間的理論;這比超弦理論多1個維度。超引力理論也是建立在超對稱理論基礎上的。前面的篇章曾提到過,費米子和玻色子理論上都有對應的“超伴子”;弦理論預言中,那個承擔引力的玻色子:引力子,應該也有個對應的“費米伴子”,就叫超引力子。當然這都是弦理論的理論推測,超對稱理論至今為止也沒有被實驗證實。

但這都不重要,重要的是超引力理論這套理論存在著嚴重的問題,因為它違反了手徵性。根據研究表明,手徵性只存在於單數維度的空間中。也就是說,空間的維數必須是奇數,否則自然界的規律中將沒有手徵性。如果沒有手徵性,意味著弱相互作用下宇稱將是守恆的,所以超引力理論直接就被判了死刑。

M理論,這個弦理論中的“王”,它是如何一步步崛起的呢?

冰和水


但是這個超引力理論,除了這個手徵性問題外,其他方面都表現得很好,尤其是在量子色動力學方面。所以說確實很可惜,要不然大同一理論很可能就是它了。這麼好的理論是不是有點浪費了,有沒有可以借鑑的地方呢?

當然有!按照超對稱理論的思想,空間維度的上限應該是10維度,現在的超弦理論空間維度是9違。那剩下的這一個維度跑哪兒去了呢?於是,威騰結合前人的一些想法,求解10維空間中的超引力方程後,發現它的解對應的不是1維的弦,而是2維的“膜”,不同的膜存在於不同的9維空間中;打個比方,左手邊一個9維空間,右手邊一個9維空間,合起來看,整體就是一個10維的空間。但是因為它們各自都是9維空間,所以在各自的空間中,不違反手徵性。

M理論,這個弦理論中的“王”,它是如何一步步崛起的呢?

手徵性


至此,威騰帶著他的M理論引爆了第二次超弦革命。最後關於M理論的“M”到底是什麼意思,這個一直沒有明確的答案。不過,根據威騰本人表示,“M”的意思可以根據個人喜好去理解,Master(統治者)、Mother(母親),還有Membrane(膜)都可以,你自己決定吧!


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