宇宙的本质是振动吗？世界上最小的物质，1分钟了解弦理论

简单就为美，爱因斯坦就推崇这种简单美。它的质能方程就是如此的简单，体现了一种独特的公式美。

过去，在微观领域，我们认为构成物质最基础的单位就是原子了。这就是一种简单的美，只需要原子就能构造整个世界。然而随着越来越多基本粒子的发现，这一简单美被破坏了。

自原子对撞机和粒子加速器问世以来，如今已发现数以百计的亚原子粒子，如：中微子、夸克、介子、轻子、强子、W玻色子等等。显然对于如此繁多的亚原子粒子，我们很应当怀疑是否有更基础的单元来构成我们整个世界。

而如今最有可能统一这些繁多的基本粒子的终极理论是——弦理论。

微观领域的弦

根据弦理论，我们的宇宙是由一个个振动的弦来组成，在粒子的波粒二象性方面，它更体现了波动的优点。

闭合的弦一般是普朗克长度(1.6×10^-33cm)的尺度，大约是原子核的一万亿分之一。

像琴弦的不同振动模式奏响不同音乐那样，一根基本弦的不同振动模式生成了不同的质量和力荷。一个“基本”粒子的性质是由它内部的弦产生的精确的共振模式决定。

弦的振动模式的能量取决于它的振幅和波长。振幅大的和波长小的，能量较大。狭义相对论告诉我们，大能量意味着大质量，大质量也就是大能量。

所以，这就能让科学家们通过一个假想的弦，然后运用数学方式自由描述其他“基本”粒子了。

吉他琴弦

弦理论的诞生，最初是来自欧洲核子研究中心维尼齐亚诺，在研究粒子内部强核作用力时他突然发现，欧拉函数非常符合他研究的数据，可以用来描述强核作用力的各种性质，但他不知道为什么？

随后被其他科研人员发现背后的物理学秘密，如果用小小的一维的振动的弦来模拟基本粒子，那么它们的核相互作用就能精确地用欧拉函数来描述。

闭合的弦振动

同简单美一样，对称也是一种美。物理学家们相信，既然大自然大多数方面都遵循一种对称美，没道理在基本粒子领域不遵循这种规律。他们猜测，每一种亚原子粒子都应该有它的超对称粒子，尽管众多亚原子粒子的超对称粒子至今还未被发现过。

但这种对称理论，不仅统一了大自然的力，也统一了物质的基本组成，具有最大可能的对称性，因为这一点，它们被称为超对称。

同样对于更小的弦，物理学家们也把超对称性包含进来了，所以如今弦理论也被称为“超弦理论”。

然而，物理学家们发现，超对称性（那时已成为弦理论结构的核心元素）实际上可以通过5种不同的方式进入弦理论。这就有点不符合前面提到的简单美了，或者说物理学们说的大统一。

卷曲的弦的额外维

在爱因斯坦的相对论中，我们知道空间和时间是相对的，空间和时间是对称关系，时间也是另一种空间。所以可以用四维空间（三维空间维，一维时间维）描述我们的世界。

由于物理界诸多理论的不统一，有学者卡鲁扎就想尽办法通过增加一个维度，来统一爱因斯坦的相对论和麦克斯韦的电磁理论，并提出宇宙的空间结构可能不只有我们寻常感觉的三维。

类似的，满足终极理论——弦理论需要9维空间和一个时间维，其中另外6维空间（卡拉比-丘成桐空间）像吸管一样卷缩在一起，所以我们看不到。所以，也许有些读者听别人说过，我们的宇宙有可能是10维空间。

卷曲的吸管

​然而，有5种方式描述超弦理论，这5种方式不可能都是对的，所以物理学家爱德华·威滕提出了更进一步的理论——M理论。

该理论又增加了一个维度，认为上述5种超弦理论都是对的，只不过是11维空间的一个特殊解。

对此，我们也可以持怀疑态度，毕竟弦理论目前也只能在数学上进行论证。但物理学家们靠弦的振动描述整个宇宙，真的很有创意。有人可能会问，还有比弦更小的物质吗？小编个人认为是没有的，毕竟弦是融合物质和能量的临界线。假如真的还有更小的物质的话，像俄罗斯套娃一样，那也不错，那代表我们对宇宙的认识也更加深了一步。

对此你有什么看法呢？欢迎留言讨论。