图片来源:Juergen Faelchle / Shutterstock正如一些现代物理学家所说的那样,弦理论(以下简称TS)的问题在于其工作需要太多的宇宙。 根据TS,
各个版本都有各自的物理定律。 但是,如果摆在我们面前的是如此众多的世界秩序选择,那么该如何运用该理论来解释我们的现实原理呢?
再次,正如大多数物理学家(也许是所有物理学家)所暗示的那样,其他宇宙实际上处于压缩状态。 反过来,采用该假设是为了在理论中包括
暗能量的恒定性(以下简称TE),该恒定
能量仍被视为宇宙膨胀膨胀的主要驱动力。 但是,一些科学家希望破坏“额外”的维度。 同时,他们宣布这不是退步,而是在改善TS方面的重大突破。 las,其他科学界仍然认为应该保留“多元宇宙”方法,总的来说,这不是一个问题。
在6月下旬在日本举行了关于这种紧迫话题的辩论,在此期间,来自世界各地的弦理论的拥护者参加了Strings 2018会议(“ Strings 2018”)。 瑞典乌普萨拉大学的物理学家乌尔夫·丹尼尔森(Ulf Danielsson)说:“一些新思想引发了关于某些问题的激烈辩论。” 基本上,讨论围绕着过去一个月在
ArXiv网络资源上发表的几篇科学论文(
第一 ,
第二篇 ),重点是所谓的
“景观” -由于解决了各种方程式而出现的一
组难以理解的潜在宇宙。 TS用其所有内容(包括暗能量)描述了我们的世界。 正如两本书都强调的那样,如果将一种理论从一种便利的“风景”拖入所谓的
“沼泽” ,那么数学就会开始li弱并自相矛盾。 多年来,许多决定直接落在“沼泽”中,但是还没有人表达过这样的想法,即早先基于“风景”原理的所有或几乎所有结果都应该放在那里。 正如哈佛大学的物理学家
卡姆兰·瓦法 (
Kamran Wafa)在会议上说:“原则上,我们很可能无法为涉及暗能量的弦理论找到正确的解决方案。”
迷失于多元化
弦理论长期以来一直被定位为尝试通过一个“万物理论”来描述我们周围的世界,方法是为其添加更多维度,并将所有粒子视为不断振动的微型“弦”。 许多TS拥护者仍然认为这是最终实现阿尔伯特·爱因斯坦梦想的最合适的方法-将相对论(GR)与量子效应相结合。 此外,应该注意的是,预测许多宇宙行为的“风景”通常会排斥物理学家。 普林斯顿大学的物理学家保罗·斯坦哈特(Paul Steinhardt)说:“从我的角度来看,“风景”之所以成为一种理论,是因为它失去了一种预测方法,这是对TS的批评之一。 斯坦哈特和他的同事们发现了一条新途径,即增加暗能量可以解决最近发现的问题。 丹尼尔森补充说:“这个具有巨大多样性的故事在数学上很可能是不正确的。这很奇怪,因为这一理论反常地变得比我们想象的更具预言性。”
相反,一些理论家,例如芝加哥大学的Savedip Seti,甚至对正在发生的事情感到满意:“我认为这很棒。 “长期以来,我一直对“景观”的概念持怀疑态度,很高兴听到这种范式已经从盲目信仰的角度转向了证明所有这些决定的能力。 但是,并非所有人都喜欢基于“景观”的结果实际上应该在“沼泽”中的想法-尤其是在2003年提出“景观”的第一个版本的研究人员小组,即科学家名字的首字母
缩写为
KKLT 。创作者。 斯坦福大学(Stanford University)KKLT小组成员之一Shamit Kahru对Wafa和其他学者的论点表示怀疑:“当然,参与各种猜测并尝试预测这将如何影响结果非常好,但我看不出任何理由,无论是理论还是实验为了认真对待这个“猜谜游戏”。 初始数据以及我们如何将它们组合成一个整体-一切都非常合理。” 新泽西州高级研究学院的理论物理学家
胡安·马尔达塞纳 (
Juan Muldacena)也表示,他将继续坚持弦理论框架内存在众多黑暗能量宇宙的想法。
是的,许多科学界都对TS的使用感到非常满意。 “很明显,如果使用“景观”的方法是正确的,那么将我们的宇宙与一个多元宇宙进行比较就如同将太阳系与该宇宙的其余部分进行比较一样,” Kahru解释说。 “那很好。” 约翰尼斯·开普勒(Johannes Kepler)试图找到地球离太阳如此之远而不是其他距离的根本原因。 但是现在我们知道,即使在这个银河系中,我们的恒星也是数十亿颗之一,其中许多还拥有行星,并且地球的轨道半径只是一个随机数,而不是深深隐藏在宇宙结构中的某些数学关系的结果。 因此,如果我们允许存在其他宇宙的台球,那么围绕我们的宇宙参数就只是一组任意数字,仅此而已。 而且结论似乎似乎是为一个人的生活量身定制的,完全是选择错误; 随着时间的流逝,人类一定会在多元化的稀有角落找到适合自己的条件的人类。”
加速宇宙
好了,回到暗能量问题:正是它的不变性与弦理论不符。 根据瓦法(Wafa)的说法,这是怀疑TE本身概念的重要原因-尤其是所谓的
“宇宙常数”形式。 这个想法是由爱因斯坦在1917年提出的,并在1998年获得了第二次生命。当时,天文学家们发现宇宙不仅在膨胀,而且还在加速发展。 宇宙常数将成为真空能的一种形式,稳定并抵消重力。 但是,事实证明,这并不是证明世界加速发展的唯一可能方法。 例如,存在一个关于
“精髓”的假设,即
“精髓”是贯穿整个可观察宇宙并同时发生变化的某种特定领域。 “不管弦理论的拥护者最终能否将它与恒定的暗能量联系起来,突然发现TE的不稳定性在TS中看起来更加自然”,Vafa很有趣。“在这种情况下,可以测量变化的人将获胜。通过天文观测获得暗能量。”
而且由于天文学家之前收集的所有数据都证实了宇宙常数的想法,所以现在仍有一定的回旋余地。
Euclid探测器 ,NASA
WFIRST红外望远镜以及正在建设中
的Simons实验室的设备已经计划进行一系列实验,以了解过去的暗能量是否比现在的弱或强。 保罗·斯坦哈特(Paul Steinhardt):“我们甚至不必等待一些新技术的开始。 我们已经开展业务了。”
令人惊讶的是,甚至那些对Wafa的假设持怀疑态度的人也支持寻找宇宙常数的替代物。 例如,您可以引用美国宇宙学家兼理论物理学家
夏娃·西尔弗斯坦 (
Eve Silverstein )的话:“我认为没有理由开始怀疑暗能量观测的结果会是什么。 但是我同意[暗能量的可变场]大大简化了宇宙加速膨胀模型的创建。”
顺便说一句,精粹不是唯一的选择。 在Wafa工作的背景下,Danielsson和他的同事们提出
了另一种 “结交”燃料电池和汽车的方法。 在它们的版本中,我们的宇宙是某个气泡的三维表面,该三维表面扩展到具有大量尺寸的空间中。 Danielsson解释说:“使用该表面的科学家可以用宇宙常数来复制物理学。与我们之前的想法相比,这是将暗能量代入方程式的完全不同的方法。”
精细理论
毫无疑问,关于弦理论的所有讨论的基础是一个主要问题:物理学作为一门科学的意义是什么? 我们是否可以从关于周围宇宙中每个最小事件的最酷的理论中得到解释,还是已经太多了? 当理论与我们对世界结构的看法相矛盾时,值得抛弃该理论或我们认为对事物本质的“知识”吗?
是的,TS的“美”吸引了许多人-它的方程式的解决方案令人满意,并且提供的解释也不乏优雅。 但是逐渐缺乏证据-更糟的是,无法确定原则上会找到它们。 但是,即使不可能在车辆中包括燃料电池这一假设也无法使风扇停止运转。 “回忆起来,“它是如此的宽敞和宏伟,在很多事情上都如此正确,以至于我们自学了-”错误不是理论上的错误,我错了。”但是,追求“美丽”并不是发展正确的总则的最佳方法。宇宙理论。” 最后,正如
高等研究院的
Sabina Hossenfilder在她的最新著作《迷失数学:美丽如何导致物理学迷惑》(数学上的损失:“美容”如何使物理学成为现实”)上写的那样,法兰克福:“数学充满了惊人的魅力和奇妙的事物,其中大多数与现实世界无关。”
尽管经常有相反的观点,但理论物理学家仍然是个好人,由共同的渴望团结在一起-知道存在的一切,包括宇宙。 创造“风景”的卡鲁(Kahru)是瓦法(Wafa)的主管,瓦法是她的想法的激烈批评者,但他们仍然是朋友。 “一旦他问我是否准备向生命发誓,“风景”已经存在,”卡赫鲁笑道,“我回答说我准备向他的生命发誓!”
Lee Billings的其他材料。
本文由美国国家航空航天局(NASA)的天体生物学计划 ( Astrobiology Program)赞助的网络出版商Astrobiology Magazine提供。