本帖最后由 天道无极 于 2012-7-4 12:27 编辑
http://www.newscientist.com/arti ... rything.html?page=1
来源:新科学家(newscientist)杂志官网
作者:迈克尔·马歇尔(Michael Marshall)
这篇文章已重新整理过目前科学界所认可的可能的万有理论的候选理论!
“万有理论”是几乎所有的科学家都魂牵梦绕的至高梦想。一旦它被发现了,那么它将彻底地解释整个宇宙,在最基础的层次上的运作模式以及包含所有我们对于自然界的认识。它还将能够回答像暗物质是什么、为什么时间只有一个流逝的方向(仅仅一个维度)和重力是如何运作的这些(物理学上)亘古的难题。这也就不难理解斯蒂芬·霍金(Stephen J. Hawking)以他的一句名言来形容这样的一个理论——那将是“人类理性的终极胜利——因为届时,我们将能洞晓上帝的思维”。
不过,神学家也不必为此每晚睡不安稳。尽管开展了几十年的努力,但(有关方面的)理论的进展还是非常缓慢。许多物理学家只局限于发展“量子重力”理论来尝试统一量子力学与广义相对论——完成万有理论的先决条件。但是如今除了已有的一个或两个相互竞争的理论能被观测证据检验的优势之外,现在我们已有一些丰沛的理论候选者针对这些问题的不同部分提供解答而且还提供了好些宝贵的(万有理论的)线索或许是可行的也说不定!
以下就是其中的一些领跑者!
弦理论(String Theory)
这或许就是最广为人知的候选理论,也是目前投入最多的一个研究方向。这个理论表示我们所观察到的基本粒子其实根本不是粒子,而是一些极其微小的弦。只不过因为它们是如此之小,所以从我们的科学仪器中看到是一些微小的、点状的粒子。
更重要的是,弦理论的数学模型也依赖时空的额外维度(来阐明),而这些都是一般人类不能直接接触的东西。
这些都是从根本上的颠覆性的想法!但是很多理论家发现弦的处理方式是如此地优雅并已提出了许多在基础层次上的变数貌似能解决目前许多各式各样的宇宙学上的难题。然而,弦理论存在两个主要的挑战必须先克服以好说服科学界接受弦理论是万有理论的不二选择!
首先,弦论学家目前还未能使它的一些预测被(观测所)证实。所以弦理论目前来说还仅仅是一个(假设性)理论。
其次,弦理论含有太多不同的“版本”,任何一个都有可能是正确的,它们之间差异性太少了。为了解决这个问题,一些物理学家开始提出了一个更广泛的框架并之称为M-理论,至此,这许多不同的弦理论版本得以结合为一。
但这也带出了它自身的另一个问题。取决于我们如何设置它的初始条件,M-理论可以描述任何10^500个宇宙。不过,一些物理学家却认为这是多重宇宙的存在最好的证明,但其他人则认为它经不起(观测和实验的)检验。
环圈量子重力(Loop Quantum Gravity)
尽管没有太多的曝光率,环圈量子重力是迄今为止弦理论唯一的直接竞争对手。
它的基本概念是时空并非如我们所想的那样是连续的。时空本质上是由相等于10^-35公尺的微小组块(空间微粒)所构成,然后通过一些链接把时空结合起来并造就了我们的日常所感受到的经验。当这些链接不断地纠缠成穗带或扭节时,它们就产生了基本粒子。
环圈量子重力已经产生了一些对真实世界的一些效应的尝试性预测,也为宇宙的诞生(的解释)带来了一线曙光。但它的拥护者目前还未能把重力融入到他们的理论中。并且和弦论一样,对找到一个能检验它的实验我们还有一段距离要走。
Causal Dynamical Triangulations (CDT)
这个我们称之为“因果动态三角剖分”的理论乍看之下仿佛和上面的环圈量子重力有些相似。正如环圈量子引力理论把空间细分成微小的“构建模块”,CDT也假设空间是由一些微小的构建模块——这一次是叫做pentachorons的四维模块所组成的.
pentachorons可以粘连在一起然后产生宇宙的大尺度结构——也就是我们在现实中看到的一个有三维空间和一维时间的宇宙一样。到目前为止一切还算顺利,但CDT有一个最致命的缺点:那就是还不能解释物质的存在。
量子爱因斯坦重力(Quantum Einstein Gravity)
这个想法由来自德国美因茨大学的马丁·路德(Martin Reuter)提出,一个相当不同的研究策略。
在统一重力和量子力学的问题上,一个引人注目的现象是在微观尺度下的重力的表现模式。我们知道,当两个物体间的距离越近,则两者间的相互吸引力就越大;但重力也作用于其自身,所以,(重力)会在极小距离之下开始反馈回路。根据经典理论,重力应该会变得无限强大——这意味着经典理论在什么地方出了问题。
然而,路德找到一个办法就是生成一个“定点”:一个重力不再变强的距离极限。这将有助于解决上述的问题,并带来一个完整的量子化的重力理论。
量子重力图论(Quantum Graphity)
以上所有的理论都假设时间和空间一开始就存在,然后才试图去建立宇宙的其余部分。量子重力图论——位于加拿大安大略省滑铁卢市的圆周理论物理研究院的马可波罗·卡拉玛拉(Fotini G. Markopoulou-Kalamara)和她的同事们——确试图选择和他们背道而驰。
“当宇宙在大爆炸中形成时”,卡拉玛拉说道,并不存在我们现在所知道的这样的时空。相反,那是由一个抽象的、“节点”的网络所形成的空间,在这里每个“节点”都彼此联系在一起。在创世的一瞬间,这个网络开始崩塌以及一些节点也开始彼此分离,然后形成了我们今天所看到的宇宙。
内相对论(Internal Relativity)
主要由来自美国麻省理工学院的奥拉夫·德雷尔(Olaf Dreyer)提出。内相对论力图解释广义相对论如何立足于量子世界。
宇宙中的每个粒子有一个称为“自旋”的属性,可以粗略地看作是粒子自身的旋转运动。德雷尔的模型设想有一个独立于物质并随机分布的自旋系统存在。当这个系统达到它的临界温度时,这个自旋会自行排列调整,形成一个有序的格局。
任谁能住在这个自旋系统里的人们都无法直接的看见它,只能看见它对我们的周遭所产生的效应。德雷尔已经表明这将包含一切的时空和物质。他也设法从模型中获得牛顿重力理论:但是,广义相对论却还未出现。
E8
E8模型图
2007年,物理学家(有时也是冲浪运动员)加勒特·里希(Garrett Lisi)和他的“可能的万有理论”上了各大媒体的头版。
导火线是一篇讨论E8——一个含有8个维度和248个节点的复杂数学图形的论文所引起的。里希展示了所有已知物理的各种基本粒子与作用力可以置于E8模型的节点中,之后它们之间的相互作用关系就很自然的出现了。
一些物理学家猛烈抨击了这篇论文,也有些对它表示谨慎的欢迎。在2008年末,里希获得了一份拨款以继续研究E8模型。
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