萬物理論到底是幹嘛的啊？為什麼物理學家們找它找得這麼痛苦？

以下文章來自答主運營的微信公眾號「把科學帶回家」的原創文章。

萬物理論到底是個什麼東西，為什麼那麼多物理學家都在找它？

弦論又是什麼，為什麼大家說它可能是萬物理論呢？

如果弦論這麼厲害，為什麼還沒有打敗愛因斯坦的相對論呢？

今天我們來了解一下。

為了解釋世界上的萬事萬物，人類創造出了各種各樣的理論。通過和事實進行比對，我們會排除那些不靠譜的理論，保留那些能解釋更多現象的理論。

這個思路聽起來不錯，但是，這個世界奇怪的一點就在於，當你懂得越多的時候，你就會發現事情遠比你之前想像的更複雜。

為了解釋更加複雜的真相（或者說我們對世界更加複雜的認識），就出現了許多反直覺、反常識的理論。

弦論就是其中之一。

簡單地講，弦論是一種粒子理論。

什麼是粒子理論呢？

就比如目前的教科書教我們，物體是由粒子構成的。比如你是由細胞構成的，細胞是由蛋白質啊無機分子啊等分子構成的。

分子呢又是由原子構成的。

在人類的歷史上，我們一度以為原子就是世界的終極基本結構。但是後來相互碰撞的原子又曝光了一些更小的物質。所以後來人們開始意識到，原子還可以分割成電子、膠子等基本粒子。

然後就開始出問題了。

原子內的基本粒子太太太小了，我們沒辦法按照正常的思路觀察。

什麼叫正常的思路？就是用光啊。

比如你觀察一隻鴨子的時候，是光先打到鴨頭鴨屁股上，獲得了鴨子的一部分信息，然後再彈到你的眼睛裡，把信息傳遞給你，使你看到鴨子。

換句話說，所謂的「看見」實際上是光和觀察對象的一種互動。當觀察對象很大的時候，光對它就沒什麼影響，可是如果觀察對象很小呢？比如，比光還小呢？

我們知道，光是一種電磁波，如果觀察對象太小了，比電磁波的波長還小，那麼它就有可能打不到對方。

如果把光的波長變小似乎可以解決這個問題。但是，波長變小的電磁波的能量會變大，這樣高能的電磁波打一下微小的粒子，粒子就可能被彈飛。

因為這個原因，我們沒有辦法準確地測量基本粒子，這就是海森堡不確定性原理，量子物理學的基本框架。

所以目前我們「看到」的基本粒子實際上是一團模糊不清的雲霧，我們只知道基本粒子就藏在這些「雲霧」里。

那麼，如果我們無法精確測量基本粒子，那又怎麼知道它們長什麼樣、有什麼性質呢？

這就是點粒子模型要腦補的問題了。物理學家們假設這些基本粒子是一個點，比如把電子想像成帶電荷有質量的一個點，然後再建立數學模型描述它們的活動。

這就是量子場論在乾的事。這個理論能解釋許多物理現象，用它來解釋實驗數據的精準度非常高。有多高呢？

高到0.0000000000002%。

由於量子場論對現象的解釋性非常強，即使基本粒子不是一個點，量子場論構造的世界也非常接近真實了。所以目前物理學中的標準模型就是建立在量子場論之上的，許多科技也是基於標準模型，比如磁懸浮列車還有強子治療。

聽起來不錯啊，那我們就全盤接受標準模型吧！

且慢！

聽說過愛因斯坦嗎？愛因斯坦有話說。

在量子力學裡，所有的力，包括重力都是基本粒子產生的。但是愛因斯坦的廣義相對論說，重力和別的妖艷的力不一樣，它不是粒子產生的，它就像粒子表演的舞台，而且本質上是一種幾何啦！

所以物理學目前因為重力的問題產生了分裂。如果能解決這個問題，我們就有了能夠解釋萬物的理論——萬物理論，一統物理的天下了！

這就是弦論誕生的原因。

搞弦論的人說，基本粒子不一定是一個點哦，有可能是一條條弦變哦！

弦論說各種基本粒子其實就是弦的各種不同振蕩模式啦。就好像小提琴弦的不同振動可以產生不同的音調一樣，弦的振動可以產生基本粒子。

然後這個弦論也可以解釋重力和宇宙中所有的基本作用力。

聽起來太刺激了，那我們就接受弦論吧！

橋豆麻袋！

弦論的確很美好，好像就是傳說中的那個萬物理論，可是它有個致命的弱點，那就是——

弦論需要10維的世界才有用，但是我們的世界只有三維空間加上時間一共四個維度，所以目前弦論還是沒法應用到我們所在的世界裡。

所以為什麼弦論還沒有被封殺？

是這樣的，雖然從物理上看弦論沒有辦法解釋我們所在的四維世界，但是它用到的數學推導是貨真價實的。

用弦論里的數學可以解決很多問題，所以弦論還是很有用的，就和點粒子模型一樣有用。

物理學家和數學家們也正在積極地修正弦論，讓它能夠應用到我們所在的世界。革命尚未成功。

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中文字幕。

在 把科學帶回家 後台回復 弦論，獲得視頻地址。