科羅拉多大學(xué)博爾德分校的一位物理學(xué)家研究表明，離解開一個醞釀了20年的弦理論難題又近了一步。物理學(xué)副教授保羅·羅瑪奇克(Paul Romatschke)設(shè)計(jì)了一套替代工具，以取代那些創(chuàng)造了弦理論四分之三困境的工具。弦理論是一個困擾科學(xué)家多年的數(shù)學(xué)難題，讓科學(xué)家無法充分理解和證明這個可能的“萬物理論”。雖然這些結(jié)果不一定適用于日常世界，但在發(fā)表在《物理評論快報》上的這些研究結(jié)果：
為我們理解和接近弦理論或量子場理論等物理學(xué)重要方面的高級方程式打開了大門。弦理論或量子場理論是物理學(xué)中的一套理論，描述了場的動力學(xué)，或滲透于萬物的物體。雖然能夠真正理解四分之三的含義是件好事，但這至少是一幅很有啟發(fā)性的畫面，所以即使這不是四分之三的解決方案，至少也是朝著解決這個問題邁出的一步，自20世紀(jì)60年代以來，科學(xué)家們一直對弦理論感到困惑。
弦理論是一種現(xiàn)實(shí)的理論框架，包括微小、彎曲的一維（稱為弦）它們構(gòu)成了萬物的結(jié)構(gòu)。最初是作為一種廣泛的方法來研究基礎(chǔ)物理中的一些問題，后來被應(yīng)用到從黑洞物理到核物理再到宇宙起源的各種主題中。但是，可以說，最大的突破之一是發(fā)現(xiàn)黑洞和物質(zhì)大致是同一枚硬幣的兩面。這種所謂的“對偶性”允許物理學(xué)家將物質(zhì)的性質(zhì)(如壓力)映射到愛因斯坦廣義相對論中發(fā)現(xiàn)黑洞的性質(zhì)，這將為更大的數(shù)學(xué)探索打開弦理論大門。
然而，這里有一個巨大的洞穴——雖然物理學(xué)家認(rèn)為它是可行的，但是沒有人能夠證明它。自從20年前發(fā)現(xiàn)這種對偶性以來，弦理論學(xué)家一直試圖用越來越復(fù)雜的方程來清除這個障礙。不過，每次他們比較這種對偶性時，都得到了完全相同的結(jié)果：兩者的強(qiáng)相互作用(或耦合)所產(chǎn)生的自由能(系統(tǒng)做功的能力)，大約是弱耦合的四分之三。然而，Romatschke認(rèn)為他可能最終找到了這個難題的答案——只需要改變維度。
Romatschke在一個只有兩個維度的世界里工作——如果你愿意，可以稱之為“平地”。利用現(xiàn)有研究中的一些方程式，以及現(xiàn)代量子場論技術(shù)，通過強(qiáng)迫物質(zhì)(在這種情況下是壓力)從零相互作用到無限相互作用來證明一種關(guān)系的存在。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，無限耦合的壓力恰好是零耦合時的五分之四，這意味著在這個較小的維度上，不僅比之前發(fā)現(xiàn)有更強(qiáng)的聯(lián)系，它還可能為解決這類難題提供一種標(biāo)準(zhǔn)的方法。
Romatschke也表示這可能是由于維度的差異造成，但他仍然樂觀地認(rèn)為它對量子場論的有用性，并解開了長期以來的弦理論之謎。這是基礎(chǔ)研究，物理學(xué)家們嘗試的大多數(shù)方法都不起作用，然而，如果有什么東西至少有潛力發(fā)揮作用，那么我認(rèn)為我們應(yīng)該去追求它。
博科園｜研究/來自：科羅拉多大學(xué)博爾德分校
參考期刊《物理評論快報》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.231603
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