有傳言說愛因斯坦在地球上度過了最后幾個小時涂鴉在一篇論文中最后試圖提出一種理論的一切。大約60年后，另一個理論物理學(xué)的傳奇人物史蒂芬霍金可能會有去世有相似的想法。我們知道霍金認(rèn)為所謂的“m-理論”是我們最好的賭注為了一個完整的宇宙理論。但它是什么？

自從愛因斯坦于1915的廣義相對論理論的制定以來，每個理論物理學(xué)家都夢想著將我們對原子和粒子無限小世界的理解與宇宙無限大尺度的理解相調(diào)和。而后者是由愛因斯坦方程有效描述的，前者被所謂的基本相互作用標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測得非常精確。

在診斷出變性肌肉紊亂后，英國理論物理學(xué)家用比預(yù)期更長的時間來對抗醫(yī)學(xué)觀點。

我們目前的理解是，物理對象之間的相互作用由四個基本力...。其中兩種--引力和電磁學(xué)--在宏觀層面上與我們相關(guān)，我們在日常生活中處理它們。另外兩個被稱為強(qiáng)和弱的相互作用，在很小的范圍內(nèi)起作用，并且只有在處理亞原子過程時才變得相關(guān)。

基本交互的標(biāo)準(zhǔn)模型為這些力提供了一個統(tǒng)一的框架，但是這幅圖中不能始終包含重力。盡管它精確地描述了諸如行星軌道或星系動力學(xué)等大規(guī)?，F(xiàn)象，但廣義相對論卻在很短的距離內(nèi)發(fā)生了變化。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型，所有力都是由特定粒子來調(diào)節(jié)的。對于重力來說，一個叫做在的粒子就是這個任務(wù)。但是當(dāng)試圖計算這些相互作用如何相互作用時，就會出現(xiàn)無意義的infinities。

一個一致的引力理論應(yīng)該是有效的任何尺度，并且應(yīng)該考慮到基本粒子的量子性質(zhì)。這將使一個統(tǒng)一框架中的重力與其他三個基本互動相適應(yīng)，從而提供了所有一切的著名理論。當(dāng)然，自從愛因斯坦1955去世以來，我們?nèi)〉昧撕芏噙M(jìn)步，現(xiàn)在我們最好的候選人是以m理論為名的。

弦轉(zhuǎn)

為了理解m理論的基本思想，科學(xué)家們意識到，我們必須回到1970年代，而不是描述基于粒子的宇宙，你可以用微小的振蕩弦(能量管)來描述它。這一新的自然基本成分思維方式已經(jīng)解決了許多理論問題。首先，字符串的特定振蕩可以被解釋為一個子字符串。與重力標(biāo)準(zhǔn)理論不同，弦理論可以在數(shù)學(xué)上描述其相互作用，而不會產(chǎn)生奇怪的非線性。因此，引力最終被納入統(tǒng)一的框架之中。

在這激動人心的發(fā)現(xiàn)之后，理論物理學(xué)家們致力于理解這一開創(chuàng)性想法的后果。然而，隨著科學(xué)研究的不斷深入，弦理論的歷史特征是跌宕起伏。起初，人們困惑是因為它預(yù)測了粒子的存在，它比光速快得多，稱為“tachyon”。這一預(yù)測與所有實驗觀測結(jié)果相對照，對弦理論產(chǎn)生了嚴(yán)重的懷疑。

然而，這一問題在1980年代初就通過引入弦理論中所謂的“超對稱性”來解決。這預(yù)示著每個粒子都有一個子粒子，并且通過一個非同尋常的巧合，相同的條件實際上消除了在。第一次成功通常被稱為“第一次弦樂革命“

另一個突出特點是弦理論需要十個時空維度的存在。目前，我們只知道四個：深度、高度、寬度和時間。雖然這可能是一個重大障礙，但已經(jīng)提出了若干解決辦法，現(xiàn)在它被視為一個顯著的特點，而不是一個問題。

例如，我們可以被迫生活在一個四維世界中，而沒有任何額外維度的訪問?；蛘哳~外的維度可能是“compactified”這樣一個小規(guī)模，我們不會注意到它們。然而，不同的物理常數(shù)會導(dǎo)致不同物理常數(shù)的值，因此不同物理定律也會產(chǎn)生不同的物理常數(shù)。一個可能的解決辦法是我們的宇宙只是其中之一無限的“多元宇宙”受不同物理定律的支配。

還有其他宇宙嗎？

這似乎很奇怪，但許多理論物理學(xué)家正在研究這一想法。如果你不相信，你可以試著讀這本小說。平地：多維度的浪漫艾德溫·阿博特(EdwinAbbott)的作品中，角色們被迫生活在兩個空間空間中，卻無法意識到還有第三個維度。

M-理論

但當(dāng)時仍有一個緊迫的問題困擾著弦理論家。一次徹底的分類顯示了五種不同的一致弦理論的存在，并且不清楚為什么大自然會從五種理論中挑一種。

這就是M理論進(jìn)入游戲的時候。在第二次弦轉(zhuǎn)1995物理學(xué)家提出，五種一致的弦理論實際上只是一個獨(dú)特理論的不同面孔，它生活在11個時空維度中，被稱為m理論。它包含了不同物理背景下的每一個字符串理論，但仍然對所有的人有效...這幅極其迷人的圖片使大多數(shù)理論物理學(xué)家相信M-理論是萬物的理論，它在數(shù)學(xué)上也比其他候選理論更加一致。

然而，迄今為止，m理論一直在努力制造預(yù)測，可以通過實驗來測試。超對稱目前正在進(jìn)行測試在大型強(qiáng)子對撞機(jī)上。如果科學(xué)家們確實找到了中的的證據(jù)，那么最終會加強(qiáng)m理論。但是目前理論物理學(xué)家們?nèi)匀幻媾R著一個挑戰(zhàn)，即產(chǎn)生可測試的預(yù)測，并為實驗物理學(xué)家建立實驗來測試它們。

大多數(shù)偉大的物理學(xué)家和宇宙學(xué)家都是由一種激情驅(qū)動的，它能夠找到那些能解釋一切的美麗、簡單的描述。雖然我們還沒有完全存在，但是如果沒有霍金這樣的敏銳、創(chuàng)造性的頭腦，我們就沒有機(jī)會了。

洛倫佐·比是倫敦瑪麗大學(xué)理論物理學(xué)的居里夫人研究員。