新的大一统备选理论:不需要引入“弦”的理论框架

majer @ 2020.11.09 , 18:00

几十年来,大多数物理学家都认为,弦理论是爱因斯坦的广义相对论(在最大尺度上描述自然规律)和量子力学(在最小尺度上描述自然规律)之间的缺失环节。然而,以拉德堡德大学的物理学家为首的国际合作团队现在提供了令人信服的证据,表明弦理论并不是唯一能够联系起这两者的理论。他们证明,在不引入弦的情况下,有可能构建一个服从所有物理学基本定律的量子引力理论。他们在上周的《物理评论快报》上介绍了他们的发现。

虽然这两种理论使我们能够解释所能观察到的每一种物理现象,但广义相对论和量子力学似乎存在着无法协调的矛盾。除了引力之外的其它基本力都可以被统一到一起,但引力量子化之路却举步维艰。

无附加条件

20世纪70年代,物理学家构建了一套新的物理理论来解决这个问题,扩展了广义相对论。根据所谓的"弦理论",物质世界的最基本单位不是点粒子,而是不停振动的一维弦。自提出以来,弦理论一直是最广泛的理论框架,它被认为是最有可能成为大一统理论的候选者。

然而,现在拉德布德大学理论物理学家证明,弦理论并不是唯一的方法。"我们表明,单纯用量子力学来解释引力仍然是可能的。"理论物理学家Frank Saueressig说。"我们证明了万物由点粒子组成的观点仍然可以与量子引力相适应,而无需弦的介入。这种粒子物理框架也在实验中得到了验证,例如,在欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)上。"

从实验中看到

"对于科学家来说,这种后备理论是很有吸引力的,因为弦理论难以用实验来证明。我们却只使用已被实验检验过的原理。换句话说:没有人在实验中观察到过弦,但粒子是人们在LHC就能看到的东西。这让我们更容易弥补理论预测和实验之间的差距。"

只有一套规律

目前这一团队正在把自己的理论应用到黑洞上。"毕竟,自然界只有一套定律,而这套定律应该能够适用于各种问题,包括当粒子以奇异的高能量碰撞时会发生什么,或者当粒子落入黑洞时会发生什么。如果能证明这些看似互不相干的问题之间其实是有联系的,从而可以同时解决两者的问题,那就太奇妙了。"

https://phys.org/news/2020-11-gravity-theory.html

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