比10维弦理论更高级！11维M理论能否扛起万有理论的大旗？

　　步入21世纪，物理学上空依旧弥漫着乌云！除了暗物质，相对论和量子力学这两座大山依旧无法完全兼容。当然，量子电动力学和狭义相对论可以很好地兼容，比如描述微观粒子相对论效应的狄拉克方程式已经解决了许多实际问题。问题的关键点就在描述引力的广义相对论和量子力学无法兼容。
　　在爱因斯坦活着的时候，强力和弱力还未被提出，那时候他老人家主要着手统一引力和电磁力，也就是大一统理论。
　　但爱因斯坦晚年在大一统理论并没有较大建树。此后物理学的发展超过爱因斯坦的想象。后来物理学家发现了强力和弱力，大一统理论也并不是简单地只统一引力和电磁力。
　　四大基本作用力
　　到上个世纪70年代，科学家基本确定自然世界包含四种基本作用力，按强度排序依次是强力、电磁力、弱力、引力。前三种力都是量子力学的管辖范围，只有引力最特殊。弦理论最早的灵感来源于物理学家对强力的解释
　　强力主要负责拉拢夸克，残留的强力形成拉拢中子和质子的核力。
　　其实除了引力，其他三种力的作用都发现了相应的传播子，比如强力传播子是胶子，弱力传播子是W+、W-、Z玻色子，电磁力是光子。这些传播子统一属于玻色子。由此可以推断，尚未被发现的引力子也应该属于玻色子。
　　如果你现在试问，传播子是由什么构成的？量子力学是无法回答的，因为它们属于基本粒子，也就说内部结构未知或者不可再分。你或许自问过：夸克之下是什么？没有人能给你准确的答案，包括物理学家！
　　但是总有一部分科学家可以给出你猜测性的答案，他们认为众多的基本粒子和它们之间复杂的相互作用，以及至今神秘的引力子必然在更微观的尺度上存在答案。
　　要解开这个答案的理论就是弦理论，现在被确定为0维度的基本粒子在弦理论中是一维膜振动的结果。其实膜本身是二维的，一维的膜就是弦。
　　弦理论认为传递强力，弱力的玻色子是开弦的。开弦就相当非闭合的绳子，并存在两个端点，一维膜（弦）的两个端点被二维膜给挤压了，导致弦形成的基本粒子不可在空间自由移动，只能被封闭在特殊的时空中。
　　所以除了引力，其他三种力只是局域性传递作用。比如强力被锁死在原子核内，出了原子核，强力就没有了。
　　弦论可以解决这样一个问题：为什么在四个基本作用中，就引力是最普遍的力？那按道理来说，引力子就应该充斥在整个宇宙空间。这就意味着形成引力子的弦振动不受到二维膜的挤压。那么就可以反推出构成引力子的弦就是闭弦。因为只有闭弦才没有端点，二维膜想挤压弦的端点也找不到把柄。
　　开弦两端被二维膜堵住了，而闭弦不受影响
　　这样一来闭弦形成的引力子就可以在时空中自由穿梭，宇宙空间充满了传播引力的引力子，所以引力也就成为宇宙中作用范围最普遍的力。
　　事实上，很多问题是弦理论不可以解决的，其中一个棘手问题是：弦论该如何解释玻色子和费米子的相互转化？我们可以按照粒子的属性划分成两大类
　　第一类是组成物质结构的粒子，第二类是负责传递力的粒子。
　　第一类就是费米子，包括夸克和轻子。第二类就是玻色子，准确来说是规范玻色子。
　　这两类粒子都是构成世界不可或缺的粒子。费米子就好似是盖楼用到砖块，传递力的规范玻色子就好似是把砖块粘在一起的胶水。没有规范玻色子，费米子就零散一堆，也不可能组合成大千世界。
　　科学家认为玻色子和费米子之间在更微观的尺度上的结构是一致的，它们之间存在某种转变关系，也就是说玻色子和费米子存在某种对称性，它们在弦尺度上通过某种对应关系可以切换。这就是费米子和玻色子的对称性。
　　左为玻色子，右为费米子
　　一开始弦理论并没有考虑这种对称性。如果把这种对称性概念加到弦理论中，那么弦理论就变成超对称弦理论，也就是我们常说的超弦理论。
　　目前来说，超弦理论分为五种。在不同超弦理论中，一维膜依旧是弦，二维膜的叠加产生了三维，也就是世界体积。二维膜就相当是纸，纸在非平行纸面方向运动会形成三维的路径。
　　所以二维膜的运动会形成更高维的世界。再高维度的膜统一称为p膜，同理二维膜的运动形成三维的世界体积。p膜的运动也会形成更高一个维度的世界。这时候我们称为p+1膜的＂世界体积＂。
　　超弦理论每引入一个维度就会产生相应的数学矛盾，比如出现负概率现象。为了解决这些数学矛盾，就需要引入更多的维度化解，就类似于量子力学为了避免数学上的无穷大问题而进行的重整化过程。
　　当超弦理论引入到10维时空的时候，就正好可以化解所有数学矛盾，这也就是超弦理论为什么需要用十维时空来诠释的原因。十维时空也就是9维空间加一维时间。
　　但是超弦理论还分五种，各自的解释还不尽相同。为了统一这五种超弦理论，可以引入更高维度，也就是10维空间加1维时间的11维时空的M理论。这样一来，五种超弦理论就全部被囊括在M理论中。
　　M理论包含了五种超弦理论和11维超引力理论
　　如果说超弦理论是万有理论，那么M理论就是超弦理论的万有理论。什么是万有理论？
　　很通俗地说，就是可以诠释构成大千世界方方面面的基本规律。我们总是相信，宏观物质的不同属性在微观尺度上是一致的。曾经的我们以为原子就是这个世界的最小尺度，以为原子不分性质差别，不同的排列形式构成了宏观物质的差别。
　　而量子力学打破了这样的夙愿。但留给我们的依旧是残缺的理论。我们始终还是相信，在夸克等基本粒子之下依旧存在一个基本的、没有属性差别的物质，正是由于它的不同形式表达，才形成宏观上的差别！我们总是相信最基本的物质没有较大差别，宏观物质的差别是最基本物质的细微变化引起的多米诺骨牌式的放大效应！而超弦理论就是这样的一个理论，所以我们有理由相信超弦理论最终能胜任万有理论的重任！
　　但是科学家要走的路还很长，，目前弦理论尺度下的研究无法被实验验证，并饱受纸上谈兵的诟病。现在的弦理论基本属于数学的擂台。实验要跟上超弦理论的步伐还需要很长的路要走。
　　当然，实验才是所有理论唯一的验金石。以后技术成熟，弦理论若不能通过实验验证，那将成为科学史上最大的乌龙事件。但笔者依旧希望弦理论能经受住实验的考验！
　　你认为M理论最终会成为万有理论吗？ 单选       0 人 0%   会             0 人 0%   不会             0 人 0%   我不懂，别问我             0 人 0%   无所谓，反正不涨工资           投票