弦理論到底有沒(méi)有前途，它能否承擔(dān)起解釋萬(wàn)物的終極理論？這篇文章咱們講清楚這個(gè)問(wèn)題

首先弦理論是超越科學(xué)的一種猜想，另外，如今的弦理論明顯已經(jīng)走進(jìn)了死胡同。

先說(shuō)結(jié)論，弦理論的本質(zhì)是人類(lèi)瘋狂執(zhí)迷于萬(wàn)有理論的必然結(jié)果，可以算上人類(lèi)的一廂情愿，但這并沒(méi)有錯(cuò)。

物理學(xué)發(fā)展的動(dòng)力就是人類(lèi)一直在追求，能夠解釋世間萬(wàn)物的終極理論，通過(guò)這個(gè)終極理論從而解釋世間萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這是人類(lèi)探索宇宙的源動(dòng)力。

現(xiàn)如今，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)最接近終極理論的模型，就是由量子場(chǎng)論打造的標(biāo)準(zhǔn)模型。但是標(biāo)準(zhǔn)模型還有很多問(wèn)題無(wú)法解決。

宇宙的一切簡(jiǎn)單可以歸納成粒子，以及粒子之間的相互作用力。而最基礎(chǔ)的粒子目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了61種，也就是基本粒子，這些基本粒子都在標(biāo)準(zhǔn)模型中，而基本粒子之間的相互作用一共有四種，分別是強(qiáng)力，弱力，電磁力和引力。

目前號(hào)稱最接近萬(wàn)有理論的標(biāo)準(zhǔn)模型也只納入了61種基本粒子，但是這些基本粒子都屬于明物質(zhì)，并不包含暗物質(zhì)粒子。而在四大基本作用力中，標(biāo)準(zhǔn)模型也只納入了強(qiáng)力，弱力和電磁力，并不包含引力。

所以如今的標(biāo)準(zhǔn)模型既不能描述暗物質(zhì)，也不能描述引力。這也就是標(biāo)準(zhǔn)模型最大的缺陷。如果不能解決暗物質(zhì)和引力，那標(biāo)準(zhǔn)模型頂多算是個(gè)局限性理論，還遠(yuǎn)達(dá)不到終極理論的門(mén)檻。

所以為了尋求終極理論，一部分物理學(xué)家不得不繞過(guò)標(biāo)準(zhǔn)模型，重新尋找更基礎(chǔ)的現(xiàn)象，并基于最基礎(chǔ)的現(xiàn)象提出萬(wàn)有理論，而弦理論正是萬(wàn)有理論的候選者之一。

弦理論最早在1968年提出，但是最早的弦理論并沒(méi)有被寄予成為萬(wàn)有理論的厚望，而是單純?yōu)榱私忉屧雍藘?nèi)的強(qiáng)力作用。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，人類(lèi)對(duì)中子和質(zhì)子的強(qiáng)力作用還不是很了解，所以發(fā)明了一種弦振動(dòng)的方式試圖描述強(qiáng)力，但結(jié)果事與愿違，用弦振動(dòng)解釋強(qiáng)力并不符合實(shí)驗(yàn)，最后強(qiáng)力也被量子色動(dòng)力學(xué)完美解釋。所以發(fā)明弦振動(dòng)的概念也隨即被拋棄。但很快，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn) ，弦振動(dòng)這種猜想可以解決一個(gè)更基礎(chǔ)的問(wèn)題，那就是基本粒子的構(gòu)成。

基本粒子的定義，就是說(shuō)這些粒子不可以再細(xì)分下去了，或者說(shuō)內(nèi)部結(jié)構(gòu)未知。但是弦理論認(rèn)為基本粒子還可以繼續(xù)細(xì)分，一個(gè)很簡(jiǎn)單的樸素觀念，如果物質(zhì)不可能繼續(xù)細(xì)分，那么最基本的形態(tài)就只能是一種，不可能是多種不同的形態(tài)。萬(wàn)物歸一，那這個(gè)“一”就一定只能是同一個(gè)事物，不能存在多種形態(tài)。你看現(xiàn)在的基本粒子還有61種，如果它們都是物質(zhì)細(xì)分的終極形態(tài)，那不管是物理信念還是哲學(xué)上都無(wú)法令人信服。

所以弦理論就認(rèn)為所有的基本粒子都是由共同的一種事物構(gòu)成，這個(gè)事物就是弦。

那弦的尺度究竟多小呢？

我們不妨這樣思考，物質(zhì)都是在空間上呈現(xiàn)出來(lái)的。所以最小的物質(zhì)尺度應(yīng)該和最小的空間尺度持平。而目前物理定律生效的最小空間尺度就是普朗克長(zhǎng)度，所以弦的尺度應(yīng)該和普朗克長(zhǎng)度差不多。普朗克長(zhǎng)度是1.616×10∧-35米。而弦的長(zhǎng)度是一般認(rèn)為是1.62×10∧-35米。比普朗克長(zhǎng)度略大一點(diǎn)。

弦理論認(rèn)為正是由于弦的不同振動(dòng)才衍生出各種不同的基本粒子，比如夸克，電子，光子。

但是這里面存在一個(gè)很大的問(wèn)題，弦的尺度在10∧-35米的量級(jí)上，而基本粒子的尺度一般情況下在10∧-17米到10∧-28米的量級(jí)上。和弦的尺度在數(shù)量級(jí)上相差甚遠(yuǎn)。這就意味著弦振動(dòng)或許并不能直接演化出基本粒子。中間應(yīng)該還有過(guò)渡形態(tài)的粒子結(jié)構(gòu)。這個(gè)道理就好像是說(shuō)人體直接由原子構(gòu)成，把分子，DNA，細(xì)胞等結(jié)構(gòu)都忽略掉了。所以弦論認(rèn)為弦振動(dòng)直接產(chǎn)生基本粒子的說(shuō)法就有待商榷。

弦理論還有一個(gè)很大的問(wèn)題那就是必須引入高維度

弦理論既然要作為萬(wàn)有理論，那就不能只解釋粒子的構(gòu)成，還得解釋四大基本作用力。

強(qiáng)力，弱力，電磁力的傳播子比較好解決，但是引力的傳播子，也就是引力子并不好解決。在量子場(chǎng)論的預(yù)測(cè)中，引力子的質(zhì)量必須0，自旋為2。引力子的質(zhì)量必須為零，是因?yàn)橐Φ乃俣仁枪馑?，如果引力子有質(zhì)量的話，那么引力就不可能達(dá)到光速。自旋必須為2，是因?yàn)橐χ痪哂形饔谩?/p>

在量子場(chǎng)論中，自旋為1的粒子既能表現(xiàn)成吸引力，也能表現(xiàn)出排斥力。比如光子的自旋就為1，所以電磁力就既有吸引作用，也有排斥作用。而自旋為2就只能具有吸引作用。而引力只有吸引作用的性質(zhì)，就注定了它的自旋必須為2。

再說(shuō)弦論解釋引力之前，咱們先看看量子場(chǎng)論是怎么解釋引力的。

現(xiàn)如今，量子場(chǎng)論之所以無(wú)法描述引力，是因?yàn)榱孔訄?chǎng)首先需要將引力場(chǎng)量子化，也就是說(shuō)，在量子場(chǎng)論中，時(shí)空存在最小的尺度，時(shí)空并不連續(xù)，而是量子間斷的。

但是這樣做，會(huì)導(dǎo)致量子引力理論出現(xiàn)無(wú)窮大的結(jié)果，然后重整化就是截?cái)噙@種無(wú)窮大，一般采用普朗克長(zhǎng)度作為截?cái)?。但是重整化也只是一種強(qiáng)制的過(guò)程，這種做法無(wú)法找到有力的證據(jù)，就顯得比較隨意。所以量子場(chǎng)論對(duì)引力的描述依舊沒(méi)有好的結(jié)果。

而弦論在解決量子引力的問(wèn)題時(shí)，采用的是高額維度的假設(shè)，至少需要6到7個(gè)額外維度。但是四維以上的維度到現(xiàn)在依舊未被發(fā)現(xiàn)。

以上這還只是弦論在單純解決引力時(shí)，需要引入的額外維度，弦論在解決標(biāo)量玻色子 又會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題，而每出現(xiàn)一次問(wèn)題，就得是引入更多的額外維度。你看，弦論最早是玻色弦理論，之后演變成開(kāi)弦，閉弦，超弦理論，直到m理論。每一次進(jìn)化都是為了解決新的問(wèn)題被迫引入新的概念。特別是超弦理論。

超弦理論就是在弦理論中加入了超對(duì)稱性。這是什么意思呢？我們知道，在標(biāo)準(zhǔn)模型中，既有玻色子，也有費(fèi)米子，玻色子主要描述了粒子的作用力和粒子的質(zhì)量來(lái)源。而費(fèi)米子主要描述粒子的結(jié)構(gòu)。一開(kāi)始的弦理論，要么只能描述費(fèi)米子，要么只能描述玻色子。也就是說(shuō)，有的弦理論，只能描述夸克，電子這些粒子的結(jié)構(gòu)問(wèn)題。但是無(wú)法描述夸克和電子背后強(qiáng)力和電磁力。

而有的弦理論不能描述粒子的結(jié)構(gòu)，卻只能描述粒子之間的相互作用力。弦理論的種類(lèi)五花八門(mén)，這就導(dǎo)致有些弦理論的最高維度達(dá)到了26個(gè)維度。

而超對(duì)稱性認(rèn)為，玻色子和費(fèi)米子之間存在一種更深層次的統(tǒng)一性，也就是說(shuō)玻色子和費(fèi)米子，在更深的層面上是由同一種事物構(gòu)成。它們之所以不同，是由于對(duì)稱性破缺導(dǎo)致的。所以加入了超對(duì)稱性的弦理論，就既能解釋物質(zhì)構(gòu)成的費(fèi)米子，也能解釋基本作用力的玻色子。

而引入超對(duì)稱性的弦理論也叫超弦理論，事實(shí)上，超弦理論也算是萬(wàn)有理論的候選者之一。如今，我們所說(shuō)的弦理論一般就特指超弦理論。

而超弦理論又有五個(gè)版本，對(duì)維度的要求也不一樣。一般情況下，超弦理論是需要十維時(shí)空，而m理論又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隱藏的維度，所以m理論一般情況下是11個(gè)維度。

為什么弦理論要不斷的增加維度呢？是因?yàn)槊堪l(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題解決不了，就需要引入更多的維度來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。所以現(xiàn)在很多物理學(xué)家并不看好弦理論，是因?yàn)橄依碚撝皇菙?shù)學(xué)上的伎倆，只是為了解決問(wèn)題而刻意引入的高維度。從來(lái)沒(méi)有在基礎(chǔ)層面上和現(xiàn)象的層面上思考問(wèn)題。是單純用數(shù)學(xué)公式不斷的套娃。

完全脫離自然現(xiàn)象。超弦理論既沒(méi)有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，也沒(méi)有現(xiàn)象基礎(chǔ)，所以超弦理論就不具有可證偽性，既然一個(gè)理論沒(méi)有可證偽性，那么它也就不是科學(xué)理論，所以我才在視頻的開(kāi)頭說(shuō)，超弦理論是一種超越科學(xué)的猜想。如今，越來(lái)越多的科學(xué)家對(duì)超弦理論持觀望態(tài)度，因?yàn)槌依碚撘呀?jīng)不屬于科學(xué)的范疇了。這也就是超弦理論面臨的最大的窘境。