为什么M理论是万物理论的主要候选人

所有弦论的母亲都通过了一项测试,即尚无量子引力理论可以通过。



M理论将所有五个一致形式的弦论(以及对超重力的粒子描述)整合到一个数学结构中。 在各种物理条件下,这些理论看起来都很像。

很难成为“万物理论”。 电视是一项艰巨的任务-将引力推入自然界的量子定律中,使引力在很大程度上看起来像时空结构的曲率,爱因斯坦在广义相对论中对此进行了描述。 不知何故,时空的曲率是引力能量粒子(称为引力子)的量化单位的共同分母。 但是,天真的尝试计算引力子的相互作用会导致无意义的无限性,这表明需要更深入地了解引力。

弦理论,或者更确切地说是m理论,通常被描述为我们宇宙中电视的主要候选者。 但是她没有任何经验证据,因为没有其他关于重力如何与所有其他基本力结合的替代想法。 为什么M理论比其他理论更具优势?

如您所知,该理论声称引力子,例如电子,光子和其他所有东西,都不是点粒子,而是难以捉摸的微小能量胶或以不同方式振动的“弦”。 对弦理论的兴趣在1980年代中期急剧上升,当时物理学家意识到它对量子引力进行了数学上一致的描述。 但是该理论的五个著名版本是“扰动的”,也就是说,它们在某些条件下停止工作。 理论家可以计算出当两个引力子串在高能量下发生碰撞时会发生什么,但是在引力子合并如此极端以至于产生黑洞之前,它们却无能为力。

然后在1995年,物理学家爱德华·维滕(Edward Witten)发现了所有弦理论的母亲。 他发现各种迹象表明摄动弦理论适合一种连贯的非摄动理论,他称之为“ M-理论”。 在各种物理环境中,M-理论看起来像是弦理论中的一种,但它对条件没有任何限制-这是对万物理论的重要要求。 或者至少这就是惠顿的计算所说的。 加州理工学院的理论物理学家戴维·西蒙斯-达芬(David Simmons-Duffin)解释说:“惠特滕本来可以在不写下M理论的方程式的情况下进行辩论,这本身就令人印象深刻,但是却留下了许多疑问。”

两年后,物理学家胡安·马尔达塞纳Juan Maldacena)发现了AdS / CFT对应关系,这是另一项研究的爆炸式发展:全息原理的实现将时空中的重力结合在一起,称为“反de Sitter空间”(AdS)与粒子的量子描述(形场理论(CFT)沿着该区域的边界移动。 对于特殊的AdS时空几何,AdS / CFT给出了M理论的完整定义,充满了负能量,这使其弯曲与我们的Universe不同。 对于这样的虚构世界,物理学家可以描述任何能量下的过程,包括黑洞的形成和蒸发。 Muldasen在过去20年中提到的16,000篇论文主要是为了进行这些计算,以便更好地理解AdS / CFT和量子引力。

这种简单的事件序列使大多数专家得出结论,即使M-理论在电视这样的宇宙中的确切定义仍然未知,但它是电视的主要候选者。 该理论是否正确是一个单独的问题。 她提供的琴弦-以及这些琴弦必须振动的其他折叠式测量-比大型强子对撞机等实验的分辨率小了1000亿倍。 并没有发现该理论的某些宏观特征,例如宇宙弦或超对称性。

电视的其他版本存在许多不同的技术问题,但其中没有一个重复弦理论的数学一致性-作为这种过程的一种计算,例如,引子相互之间的散射。 根据西蒙斯-达芬(Simmons-Duffin)的说法,没有一个竞争对手能够完成第一步,或者是该计算的首次“量子校正”。 一位哲学家甚至认为,弦论的地位是唯一已知的一致性理论,被认为是其真理的证明。

在遥远的竞争对手中,存在渐近安全的引力 ,E8理论(它也是“ 万物的极其简单的理论 ”), 非可交换几何学因果费米子系统 。 例如,渐近安全重力表明,当移至较小比例时,重力会发生变化,从而有助于避免计算中的无穷大。 但是到目前为止,没有人设法使这一技巧起作用。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN410851/


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