弦理論的弦到底是什麼？

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我可以理解到因為「弦」的不同振動方式有了不同的粒子這一步，但要震動得有個東西吧。學界常常用來琴弦的震動來比喻弦的震動，但琴弦是真正存在的，而弦理論的弦到底是什麼？也是是真實存在的嗎？

弦是一個個帶有參數的數學公式，這些數學公式描繪的這些弦，可以解釋量子力學，用時也能解釋引力子的作用方式。

而這些公式的圖像就像是弦一樣，這是很浪漫化的說法，你還真以為是琴弦一樣？

所以說布賴恩·格林害人啊。

今天正好讀到這一篇時間簡史和時間簡史刻奇 - 學而時嘻之 - 知乎專欄

其中有一段：

怎樣誤讀時間簡史

我不是完美故事中的我，《時間簡史》也不是完美故事中的《時間簡史》。霍金在書中說鑒於「每個數學公式都可能讓書的銷量減少一半」，他決定只用E=mc^2這一個公式。他絕對沒想到，可能恰恰是這個不用數學公式的決定帶來了一些非常怪異的反應。

我在大學圖書館看過一本某個美籍華人在中國正式出版的書，聲稱其發現了一個修正愛因斯坦相對論的理論。為了證明廣義相對論是錯的，他在書中舉了個例子：主流物理學認為宇宙正在膨脹，而每個星系離我們遠去的速度，與它跟地球的距離成正比 — 他說，這麼一來地球不就是宇宙的中心了嗎？這顯然是錯的！

蒼天啊。我不知道這位老兄是在哪本科普讀物上聽說了這個。首先這不是物理學家相信如此，而是天文學家哈勃觀測的結果，是個事實，而不是觀點。更重要的是，所有提到這件事的科普讀物都會立即告訴你這和「地球在宇宙中地位並不特殊」根本不矛盾 — 你只要把每個星系都想像成一個氣球的表面上的斑點，當氣球膨脹的時候，這些斑點之間的距離就會越來越遠，而在每個斑點看來，所有其他斑點都是距離它越遠，遠離它的速度越快 — 但沒有哪個斑點是特殊的。

所有科普讀物說到宇宙膨脹都會舉這個氣球的例子，《時間簡史》的第三章講了這個例子。而現在居然有人敢拿它只說一半，來證明相對論是錯的？！這簡直是個二x物理學家。

像這樣的事兒還有很多。我們經常收到一些奇怪的電子郵件，聲稱自己發現了更好的物理理論。我們一概置之不理 — 因為這些民間物理學家的共同點是只會非常簡單的數學，有的甚至根本不用數學。他們是科普讀物的……受害者！

好在據有人用Kindle閱讀記錄統計，大多數人讀《時間簡史》沒有讀到超過全書的6.6%，所以他們不會看到宇宙膨脹的這個故事，這樣看來也就沒有機會稱為二x物理學家。

他們更可能會成為文藝物理學家。

我覺得題主這個問題本來就有問題。你說無法想像空無一物怎麼震動。

首先,繼宇宙大爆炸開始, 高度密集的物質開始向外迅速膨脹, 物質運動把能量不斷傳開才形成了今天看到的宇宙。所以從宇宙誕生的那刻起, 空間就不是空無一物。引用守恆定律, 能量既不會憑空產生, 也不會憑空消失, 只可以從一個物體傳遞給另一個物體, 而且能量的形式也可以互相轉換。

弦的震動是能量不停傳遞推動,關於弦涉及到太多知識了。。這裡插播一下量子,量子的世界裡是相當混亂的, 微粒不再像以往以為的那樣是個小小的實體球一樣的東西，而且可以沿著一條確定的軌跡運動。它實際上已沒有什麼確切的大小、形狀、位置、軌跡可言，這些經典概念統統都不適於描述微觀世界及其運動。微粒已變得像波那樣彌散於廣闊的空間里。

而弦理論!!!!!! 就是把粒子不再看成一個點，是看成一根弦。弦的運動掃出一條曲面，弦的振動給出粒子。當粒子碰撞時，他們不在某個特定的點碰撞，因而免去場論中令人頭疼的無窮大問題。
(注: 20世紀70年代起，發現了超對稱。它是一種將對易和反對易關係非平凡的合在一起的代數結構，將這種代數局域化，得到局域超對稱。在此類變換下，不變的就是所謂的超引力。而在超引力中，我們所知道的4種相互作用合在一起。所以說，在經典的意義下，超引力把4種相互作用統一起來了。超引力的量子理論就是超弦理論,因而超弦理論中包含了量子引力。)

關於弦理論的延伸關係到的卡拉比－丘成桐空間, 孤立子解, p-膜, 超對稱, 11維的超引力, m理論等等等我認為題主應去自行看文獻,書籍和紀錄片了解,如果要慢慢細說都可以在這裡寫一本書了。

推薦題主如剛接觸的可以先看下書籍和記錄片。這兩個相對通俗易懂大致概括了弦理論。

往後再深入了解了可以告訴題主學弦論肯定要有量子場論和廣義相對論等基礎的, 要全面認識就要普及這些知識。

專業的弦理論書籍推薦 :

Joseph Polchinski -- String Theory: An Introduction to the Bosonic String v. 1

Joseph Polchinski -- String Theory: Superstring Theory and Beyond v. 2

Katrin Becher -- String Theory and M Theory

Barton Zwiebach -- A First Course in String Theory

Michael Dine -- Supersymmetry and String Theory: Beyond the Standard Model

Elias Kiritsis -- String Theory in a Nutshell

Johanna Erdmenger -- String Cosmology: Modern String Theory Concepts from the Big Bang to Cosmic Structure

弦論僅僅是對現實的一種自洽的理論解釋而已。
比如一個蘋果，把它解釋為一種水果/一種植物果實/一堆細胞，都是對的，可以幫助你理解這個蘋果是怎麼回事，但除此意外沒有別的意義，水果/植物/細胞都只是概念而已。
弦論目前就處於這種尷尬。套進不同的群有不同的弦論，每個都自洽，而且都無法證實證偽，因此也無法做出預測，僅僅是個模型，一個概念，無所謂是否真實存在。

題主既然認為弦無法現象，那何以見得點狀的粒子就比弦來得自然呢？抱著這種想法，同樣可以問生活中的硬質球是真實存在的，那粒子理論中的點是什麼？說到底無非都是一些假想的數學模型罷了。相比於點，弦有一維的內部振動自由度。

建議你看PBS的三集紀錄片《優雅的宇宙》，非常完美的講解了關於弦理論的發現過程。看完之後，感覺非常震撼。紀錄片是根據科普作家格林的同名著作改編的，我已經很想入手了。

上帝的音樂廳
一，宇宙之弦
天地玄黃，宇宙洪荒，從古至今，人類都在仰望頭頂那片神秘星空。從盤古開天地到上帝創世，從地心說到日心說，襁褓之中的人類文明從未停止過思考，探索。科學的進步讓人類慢慢接近了那片虛空，對宇宙本質的研究也為人類提供了揭開造物主面紗的力量。
我們身邊的一切的本質到底是什麼？你可能會說是微觀粒子構成我們的大千世界，那微觀粒子那？它們的本質又是什麼那，現代物理學一直在求答案，而其中最前沿也是最引人注目的便是弦理論。
弦理論是理論物理學的一個重要分支，在弦理論中自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的點狀粒子，而是很小很小的線狀的「弦」，這些弦通過不同的振動方式而體現出不同的特性，在宏觀看來便體現為各種微觀粒子。正如演奏弦樂時不同的振動頻率會發出不同的聲音，而傳入我們耳中的則是美妙的交響樂。讓我們想像一下，整個宇宙就是一把巨大的琴，上面有無數琴弦，每根琴弦按照某一頻率振動，從而顯現出基本粒子，不同基本粒子的組合則形成各種各樣的物質，所以說我們宇宙的本質是一曲無比恢宏，而且已經演奏了幾百億年的時空交響樂！
二，誰在撥動琴弦？
牛頓發現萬有引力定律，而這個發現讓牛頓陷入了更深的思考，為什麼會有萬有引力？星體的第一推動力又是什麼？這些已經上升到哲學高度的命題幾乎擊垮了這位人類歷史上最偉大的科學家，一切都是自然的嗎？牛頓無數次這樣問自己。他心中科學的神殿轟然倒塌，取而代之的是神學的聖光。
近代科學的快速發展讓神學暗淡無光，有人說其中最前沿的弦理論更是給了神學毀滅一擊，但是我認為，正是弦理論給了神學以新生。
宇宙萬物的本質都是不同弦振動的合成，無論有機物還是無機物，無論有生命還是無生命，都是宇宙這把大琴的傑作。如果要我猜，無生命的物質是隨意演奏的無規律噪音，而生命的精妙，神奇則必定來自於一曲無比美妙的天籟。到底是誰在彈奏著這把大琴？為何我們如此特殊？撫琴者又是擁有多麼高深的造詣，才能用這把無盡的大琴硬是奏出了整個宇宙！
三，上帝是個害羞的琴女
生長在一個由無神論主導的社會主義國家，筆者作為一個典型工科男，自然也是無神論的忠實擁護者。曾經的我甚至認為宗教只是一群文盲的愚蠢迷信，但當我了解到西方那麼多科學家，教授，甚至諾貝爾獎得主都是虔誠的基督徒！我們從小隻被灌輸一種思想，讓我們形成了崇尚科學這種世界觀，但是或許我們所有人都忽略了與之相反的神學世界觀，如果你認為自己是一個有獨立思考能力的人，為什麼對全世界21億人擁有的世界觀連了解都不了解一下就肯定那是錯的那？（在此聲明一下，筆者不是基督徒，是忠實的無神論者，其實這兩者在筆者眼中其實是共通的，這點下文會解釋）在有神論者眼中，上帝創造了世界，或許在彈奏這把大琴的只能是全能的上帝，或許上帝是一個害羞的琴女，永遠只在幕後彈琴，某一天寂寞了，就創造了我們，但是害羞的她一次都沒有出來見過她創造的生命。在無神論者眼中，並沒有什麼彈琴者，弦的震動不過來自一種我們未知的自然能量。其實無論有神論還是無神論，都是對人類未知的假設，為什麼不能把上帝改個名字，叫做自然那，又為何不把自然改個名字叫做上帝那？這樣有神論和無神論不是調過來了嘛。
無神論賦予了人類主宰自然的傲氣，而有神論卻勸告著人類作為大自然一員的謙卑。

後記：這篇文章並非嚴謹的學術文章，甚至可能連科普文的標準都達不到。筆者只是用略帶文學化，輕鬆的語言試圖為大家增添一種思考方式，這或許也是我成立思想者協會的初衷，寫文章挺累的，但你的一兩句支持就可以讓我高興好久。我也在此希望大家能讓更多人了解這個微信號，讓更多的人得到獲得令一種思想方式。

作為門外漢來答一個。

首先我們現在物理研究以基本粒子為基本模型，也就是在研究基本粒子總是繞不開粒子本身的一些固定屬性比如能量還有相互之間的作用力。

大家都知道，很多科學家都在致力於這些力的相互統一。

弦理論的基礎是弦，這是個很討巧的方法，也就是一個更加通用的模型，粒子之間各種基本模型和力就可以用這種模型表示出來。各種原來粒子物理的各種基本模型和作用力只是這個模型之間的各種變化形式而已。就是題主所說的弦的振動。弦壓根就沒有能量這東西，能量只是弦各種振動表現出來的一個形式而已。因為大部分原來粒子物理都存在能量（或者說能量更加通用的說法），最初各種弦構造都有一些特定結構，為了讓它更加通用和保障數學完美性，又有人提出超弦理論，實際上就是增加維度。

弦理論實際上可以將所有物理現象簡單粗暴的轉換為數學問題。（遇到無法解釋的就加維度）

來做一個不恰當的比喻。

宇宙里的一個現象可以用一個形狀不同的印跡表示。原來的粒子物理就是用各種已經定製好的小格子（粒子模型和作用力）來覆蓋這個印跡，能完全覆蓋說明這些格子（不一定是標準的格子，有大有小，不統一）是正確的。而弦理論就是我們小時候用來測量的標準小格子（比原來的粒子模型更加通用和完美），當遇到多餘的或者不夠的單位面積，就做成更小的格子來測量（增加維度，更加多維來描述宇宙），以至所有的印跡都能被完美覆蓋。

弦理論其實是可以解釋任意的宇宙現象的，甚至於時空穿越都行，因為遇到解釋不了但是確實發生的就加維度（當然時空穿越是不是真的有不清楚，如果有，弦理論就能解釋，現在這個維度數已經能解釋了），有比這更流氓的嗎？

弦理論有一個問題就是沒法將時間維統一進來，這其實是個大問題，因為不管是幾維都必須加一個時間維。宇宙各種形態可以單一解釋，但是一些形態連接很多不能完全統一。又有人引進了平行宇宙的概念，也就是無窮多個宇宙形態，我們只是選擇其中一連串的宇宙生活在其中，構成了時間的完整性。這部分有爭議。

有問題可以討論。

謝邀。。然而窩並不懂，不過可以去看看文小剛的麵條湯

我認為是在十維空間中震動的弦產生出不同維度的粒子如我們三維的原子

高維時空的二維流形，某個特定時間切一下，成為了一根弦

弦理論就是認為世界萬千物體都是由一根根的弦以及他們的顫動組成，因為弦理論目前也還沒被證實出來，所以很難去講明白這裡的弦是什麼。聽說如果弦理論得到證實，就可以證明平行宇宙的存在。(PS:謝耳朵之前就是研究弦理論的)

It is incomplete to describe strings in string theory as a one-dimensional extended objects. There exist other objects which cannot be defined as a string, i.e., a D1-brane, whose tension is inversely proportional to the string coupling constant. Strings become fundamental if the string coupling constant is small so perturbative calculation could be performed.

Also, we should consider superstrings since bosonic string theory contains tachyon solution which indicates the instability of the vacuum. So the worldsheet a superstring sweeps out is actually a super Riemannn surface. So the strings in string theory is drastically different from classical strings, say, they are quantum mechanical and supersymmetric.

我是來圍觀民科的

據說，大爆炸初期宇宙有10維（或11維），我們的世界只展開了3維（或加上時間是4維），弦是那些捲曲的未展開的維度。

強答一下。建議去看&<&<宇宙的琴弦&>&>，專門科普弦。按照弦理論物理學家的觀點，弦就是古希臘哲學家口中的「原子」。按你的問題來反問，那你覺得質子、中子、電子又是什麼東西？夸克又是什麼東西？弦其實和這些東西一樣，只是尺寸更小，理論上一般認為在普朗克長度級，那是沒法發現的級別。&<&<宇宙的琴弦&>&>中說，要用對撞機把弦像目前已知的粒子那樣撞出來，對撞機得有宇宙那麼大。所以弦以目前的技術無法通過實驗證實，也無法證偽。有些理論認為是有一些較大的弦的，這些量級較大的弦是實驗觀測、直接證實弦理論的希望。

這樣，你把它當作原子，就是換一種組成粒子的方式

弦理論第一個答案給的清楚了。

我來回答你
我始終無法想像空無一物怎麼震動？
真空也有casmir效應的。還是物理可測量

就是一個理論模型而已，和中醫的陰陽五行沒有本質區別。都是為了更好的描述和解釋這個世界。

在計算時把基本粒子當作弦來計算。其實基本粒子到底是啥究竟啥樣沒人知道，也不需要知道，只要有一個模型，在這個模型里以往的現象都能解釋，還能預測新現象，那就可以了。

就像中醫，不一定非要知道人體內部精細結構，只要把人當作一個黑箱子來研究，在根據臨床實際總結出一套理論，這個理論可以解釋以往的病例，又可以給新病人治病，那就可以了。

……………補充……………

雖然現在只要模型管用就可以不用知道內部細節，但是隨著研究的深入，還是要知道的。醫學也是，現在之所以西醫大行其道，就因為它開始研究內部機理構造了。

量子力學可信嗎，還是純粹扯淡？ - 知乎用戶的回答
中醫真的有用嗎？ - 知乎用戶的回答

腦子裡缺根弦的，弦。

來摺疊

突然好想看提主照片

謝謝邀請，但我真不知道