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研究发现弦理论可很好模拟宇宙大爆炸

2011-12-17
弦理论,宇宙大爆炸,万有理论
研究发现弦理论可很好模拟宇宙大爆炸
2011年12月16日 科技日报 本报讯 (记者常丽君)据美国物理学家组织网12月15日(北京时间)报道,最近,日本大阪大学等多家机构组成的一个联合研究小组,用一种名为IIB的矩阵模型构建了一个非扰动的(9+1)维超弦理论公式,描述了宇宙一些属性及其最初诞生的过程。在超级计算机上运行2个月后,最终显示出宇宙自然地向3个方向膨胀,而其他6个维度仍紧紧地包裹在一起,正像弦理论一直以来所预测的那样。相关研究将发表在近期出版的《物理评论快报》上。

  弦理论的基础是波动模型,结合了量子力学和广义相对论来解释宇宙万物的构成,也是最有希望成为“万有理论”的学说。它能通过单条理论的不断累积来解释宇宙中发生的一切事情,很好地描述了一些完全不同的现象,如电磁作用、万有引力和黑洞原理。但另一些问题却很难证明,比如宇宙有10个维度(9个空间维+1个时间维);宇宙万物并非由无限多的粒子构成,而是由无限多的弦振动构成;还有一些复杂的物质,我们只能看到它们的3个维度,因为理论上认为其他6个维度被挤压在一种叫做Calabi-Yau多面体的微小结构内。

  围绕这些问题,研究小组调整了以往模型的缺点,重建了IIB矩阵模型。该模型用一种无限大的矩阵来描述弦理论,出于实际操作目的,矩阵规模被缩小到32×32。为了平均计算结果,他们进行了2个月的模拟运算,并在这一过程中看到所有9个维度都显现出来,当宇宙到达大爆炸的扩张点,也就是所谓的“关键时刻”时,好像得到了某种暗示似的,矩阵空间只在3个方向上扩张,其余6个仍然紧紧包裹在一起,正像弦理论所预测的宇宙诞生之初的情景。

  研究小组表示,他们下一步计划用更大的矩阵构建更大的模型,看看能否模拟量子时空,以及这个模拟的量子时空能否演化成我们现在所感知的宇宙的样子。

  物理学家会这么谈论弦理论:“最近有新鲜事吗?”“自弦理论出现后就没有了。”即便如此,想三两句就把弦理论给科普了,霍金也做不到。不过关乎本消息,我们只需知道:其一,弦理论今天的地位,部分来源于它会将广义相对论和量子力学这两大“梁柱”罩在同一“房顶”下;其二,进入“房间”后,宇宙额外维数也是弦理论不能分割的部分,它得在这个模子中解决那些世纪困扰——预言宇宙的起始,以及看清宇宙走过的路。前者它一直做得不太好,而这却是本文中科学家正在琢磨的。



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