M理论是弦论的统一版本,由物理学家爱德华·维顿于1995年提出。在提出这一建议时,弦论有5种变体,但维滕提出,每种变体都是单一基础理论的表现。
维滕和其他人确定了两种理论之间的几种形式的二元性,加上关于宇宙性质的某些假设,可以使它们成为一个单一的理论:M理论。M理论的一个主要组成部分是,它需要在弦论已经存在的众多额外维度之上再增加一个维度,以便能够计算出理论之间的关系。
在20世纪80年代和90年代初,由于丰富的财富,弦理论已经成为一个问题。通过将超对称性应用于弦理论,物理学家(包括维滕本人)在组合超弦理论中探索了这些理论的可能结构,由此产生的工作展示了超弦理论的5个不同版本。研究进一步表明,在弦理论的不同版本之间,可以使用某些形式的数学变换,称为S-对偶和T-对偶。物理学家们不知所措
在1995春季在南加州大学举行的弦理论物理会议上,爱德华·威滕提出了猜想,认为这些二元性被认真对待。他认为,如果这些理论的物理意义是,弦理论的不同方法是从数学上表达同一基本理论的不同方式,那该怎么办呢。虽然他没有详细阐述这一基本理论,但他建议将其命名为M理论。
弦论本身的核心思想之一是,我们所观察到的宇宙的四维(3个空间维度和1个时间维度)可以通过认为宇宙有10个维度来解释,但随后将其中6个维度“压缩”为从未观察到的亚微观尺度。事实上,维滕本人就是在20世纪80年代早期开发这种方法的人之一!他现在建议做同样的事情,假设额外的维度,允许不同的10维弦论变体之间的转换。
会议产生的研究热情,以及对M理论性质的探索,开创了一个被称为“第二次弦论革命”或“第二次超弦革命”的时代
尽管物理学家们还没有揭开M理论的秘密,但他们已经确定了如果Witten的猜想是真的,该理论将具有的几个性质:
目前尚不清楚M理论中的M代表什么,尽管很可能它最初代表“膜”,因为这些膜刚刚被发现是弦论的一个关键元素。维滕本人在这个问题上一直是个谜,他说M的意思可以根据口味来选择。可能性包括薄膜、大师、魔法、神秘等等。由伦纳德·苏斯金(Leonard Suskind)领导的一组物理学家已经发展出矩阵理论,他们相信,如果M被证明是真的,它最终会被采纳。
与弦理论的变体一样,M理论也存在一个问题,即它目前无法做出真正的预测,而这些预测可以用来验证或反驳该理论。许多理论物理学家继续研究这一领域,但当你有超过二十年的研究没有可靠的结果,热情无疑会减弱一点。然而,也没有证据表明斯特朗认为维滕的M理论猜想是错误的。在这种情况下,物理学家目前所能期望的最好结果可能是未能证明该理论是错误的,比如证明它在某种程度上是内在矛盾的或不一致的。
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