超引力、超弦和M实际

现在，我们主要依托两个实际来形貌我们的宇宙：广义相对论和粒子物理学的标准模子。广义相对论经过弯曲的时空来形貌引力，而标准模子则使用量子场来形貌其他三种基本互相作用，此中场的引发可以被视为粒子。这两个实际有点相似，都接纳了场的看法——广义相对论的时空曲率场和标准模子的量子场。

但是，这两个实际在实质上是不同的。广义相对论是一种经典实际，它猜测体系会随着时间的推移举行确定性的演化。相反，标准模子是基于量子实际的，它的中心是叠加原理和概率表明。因此，这两种实际在大局和微观层面上形貌了两个判然不同的宇宙。

只管广义相对论为我们的宇宙提供了一个出色的大局形貌，但我们如今必需思索量子物理征象。这不是一个成绩，我们可以将时空曲率的扰动形貌为量子场，并将其动摇表明为引力子——引力的量子载体，这种办法为引力的量子举动提供了一个框架。但是当我们进入到十分小的标准上时，量子引力不再在这个基本标准上起作用，引力仿佛与量子天下不相容。

物理学家正在积极和谐广义相对论和量子实际，以了解引力在这些极小标准下的举动。这必要我们深化实际物理的笼统范畴，寻觅一个可以一致这两个实际的有出路的新框架。

在20世纪70年代，物理学家开头对一种名为超引力的实际产生了浓厚的兴致。我们的时空在数学上展现出四种基本对称性：平移、旋转、反射和时间对称性，这些对称性在广义相对论中取得了体现。但是，实际物理学家提出了一种新的假定对称性——超对称性。当思索到超对称性时，我们取得了超引力实际。

超引力与相对论十分相似，时空可以弯曲产生幽默的布局，乃至可以在没有构成黑洞的情况下产生奇点。别的，物理学家还探究了在具有分外维度的高维宇宙中超引力的约莫性。这招致了对具有分外空间维度的黑洞的寻常化研讨，这些分外维度构成了被称为“膜”的扩展物体，它们可以拥有质量和电荷。

只管超引力实际在某些方面是超对称的，但当我们探究接近普朗克长度的标准时，该实际仍旧会崩溃。在1980年代，物理学家提出了一种反动性的新实际，这个实际假定宇宙中的一切基本粒子实践上都是由弱小的振动能量带——即“弦”——构成的。由于它也使用了超对称的看法，以是我们称之为超弦实际。

在超弦实际中，弦经过互相作用、兼并或崩溃来展现其多样性。相似于吉他弦的振动产生不同的音符，在大局标准上，这些弦的振动形式体现为我们所熟知的粒子。最令人兴奋的发觉是，超弦实际中的一种振动形式与引力子的举动完全一律，这是第一次有实际允许我们以基本办法形貌量子引力。

超弦实际很有出息，但它对宇宙施加了一些限定：时空不是四个维度，而是十个维度，另有六个我们尚未检测到的附加空间维度。这个实际还进一步细化了可研讨的弦的典范，包含开放弦和闭弦，后者可以自行卷曲构成环状布局。在这些条件下，研讨职员发觉，超弦实际实践上只允许五种不同的实际模子存在。

假如我们渴望用超弦来形貌我们的宇宙，这五个模子是唯一的选择，那么这五个模子中的哪一个版本真正形貌了我们的宇宙？让我们暂且把这个成绩放在一边，回到超引力。人们约莫会以为超弦实际和超引力是两个完全独立的模子，但实践上它们在大标准上有一个亲密的接洽，两者都形貌了一个具有引力的超对称宇宙。内幕上，当使用于具有 10 维的宇宙时，超引力被证实是超弦实际的近似，这也意味着超引力的膜也存在于超弦的天下中。

超引力实际的另一个有目共睹的特点是它可以包容多达11个维度，比超弦实际多出一个维度。在这个11维的超引力模子中，宇宙的一切常数都是由数学确定的。与超弦实际的五种约莫选择不同，超引力提出了一种新的独立实际，最少可以近似地用11维形貌天下。

以是到1990年代初，我们就有了六个约莫的数学模子来形貌宇宙，此中的五个来自外表提到的10维超弦实际，而剩下的一个来自11维超引力。在这一时期，一些研讨职员，尤其是爱德华·威滕，开头展现这些实际之间存在着奇妙而繁复的对偶性网络。

这些对偶性不仅将各个模子接洽起来，还允许实际之间的转换，使得在一个模子中难以处理的盘算可以转换为另一个模子中的简化版本。这些对偶性的发觉极大地丰厚了我们对宇宙的熟悉，使得先前难以了解的物理征象得以研讨。多量的研讨也招致了AdS/CFT对应干系的发觉，依据该对应干系，某些宇宙可以被形貌为它们的全息图。

1995年，威滕提出了一个冲动民意的假想：存在一个一致的基本实际，这个实际被他称为M实际，它约莫是上述六个模子的更深条理的表述。M实际猜测了一个包含膜的11维超对称宇宙，这个实际的繁复性与其他试图一致引力的实际一样，至今仍旧是物理学中的一个宏大挑唆。固然M实际尚未取得实行证据的直接支持，但它提供了一个框架，允许宇宙具有多种不同的时空和几多外形。现在，物理学家仍在探究哪一种设置最能形貌我们地点的宇宙，这一探究约莫会展现宇宙最基本的奥密。

泉源：万象履历

编纂：ArtistET

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