如果你認為數學不夠簡單，是因為你還沒體會到人生有多麼複雜!

文章摘自 https://www.quantamagazine.org/20150218-string-theory-only-game-in-town/

原作者:Natalie Wolchover

刊登日期:February 18, 2015

弦論在偽宇宙中的證據(一)--源起:

http://djsy1414.pixnet.net/blog/post/279806536

弦論在偽宇宙中的證據(三)--魚眼宇宙:

http://djsy1414.pixnet.net/blog/post/279808906

過去幾個世紀，物理學家已經利用基本粒子回溯根本，描繪出自然界中四個力的其中三種:強力、弱力和電磁力。在愛因斯坦的廣義相對論裡，重力只是時空中的平滑曲線:一顆蘋果會往地球掉落，是因為時空結構在行星重力下彎曲所造成的，這圖像的確詮釋重力在大尺度下的表現。

但是在足夠小的變化量下，時空便失去了意義，而量子力學主宰著一切。它告訴我們粒子並沒有所謂「位置」的概念，只有機率。物理學家利用量子場論這種數學架構來表達粒子之間的機率性交互作用。而重力的量子理論會利用「重子(gravitons)」這種粒子來描述重力的來源，並且解釋它們的行為如何給出大尺度下廣義相對論的結果。但是要如此統一自然界中的定律已經被證實相當地困難。

弦論在1960年代崛起，嘗試解釋了一種稱為夸克的基本粒子比較喜歡結合在一起形成質子、中子或其他複合粒子「強子」，而不可能獨立存在。這理論告訴我們夸克無法被分開，是因為他們是弦的兩端而不是自由浮動的點。但是這樣的說法有其缺陷:雖說強子由一對對夸克、反夸克或合理類似的弦組成，但是質子、中子擁有三個夸克，表示弦必須有三個端點:這個圖像顯得醜陋且模糊。很快的，不同的夸克理論出現了，但是這些點子最終還是難產，而包括倫敦大學的Green和加州科技中心的Schwarz都還繼續鑽研弦論。

問題很快就堆積成山。為了要讓震盪的弦符合物理直覺，這理論需要比平日所經驗的長寬高還更多的空間維度，強迫弦論專家需要假設六個相串的額外維度以符合現實的每一個環節。而因為每個數不清把額外維度相串的方法都會對應到不同的巨觀圖像，幾乎任何一個宇宙的新發現都可與弦論相符，這會讓它的預測能力失效。更慘的是，當整個理論在1984年停滯不前時，所有弦論的版本都包含了一個沒有意義的數學項，被稱為「異常項(anomaly)」。

不過好消息是，研究人員發現某些弦的震盪模態符合重子的特徵。在1984年亞斯本的風雨交加的夜晚，和發現在某個弦論版本的式子裡，重子貢獻了一項剛好可以和異常項相消。這個發現讓這個版本可能變成唯一真實且在數學上能被嚴謹推導的量子重力理論。這事件在這波浪潮中被稱為「第一次超弦演化(first superstring revolution)」。不過間隔另一個無異常項的版本出現只過了一年，後來在十年內總共有五個像這樣的弦論被發現。有的想像這些粒子是封閉的弦，有的描述成兩端開放的弦，而有的把弦的概念推廣成高維的物體，稱為「D膜(D-branes)」，它可以想像是任意維度上震動的薄膜。這樣看來存在五個弦論似乎太多了點。

1995年有了另一個驚人的突破，當土林斯頓高等學院的Edward Witten在他一篇有名的文章中指出五個弦論其實在數學上可以連結在一起，而且一定是一個包羅萬象的萬有理論中的幾個部分。他把它稱為M理論。這M似乎基礎上跟膜脫不了關係，但是Witten暗示M的真實意思值得更好的詮釋，這已經超越我們目前已知的範疇了。加利福尼亞大學戴維斯分校量子重力專家Steve Carlip表示:「我們都笑說這M代表著『謎團(mystery)』啊XD」。不管M代表什麼意思，這可以代表所有弦論的終極理論重拾了我們統一的夢想。

PS. :我不確定anomaly的翻譯是否正確