為什麼我們發展物理學終極理論？

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這是一篇系列文，讀者可以進入我的大魚號查看全文，全文6000字，分為6篇發出，全文是弦論的全面科普。

現在粒子物理的標準模型在發現希格斯粒子後顯得盡善盡美，但宇宙學中的大爆炸模型卻因更精確的實驗對粒子物理的標準模型提出了新的挑戰：暗物質和暗能量是什麼？如何解決這些問題，從根本上就是解決引力理論和量子力學相互矛盾的問題，而弦論（超弦理論）就是最有希望的候選。不過，我們又必須知道一點：因為超弦理論並沒有通過觀測和實驗得到充分的驗證，所以科學界並沒有把它確定為自然法則，事實上，一般物理學的基本理論都需要經過很長時間才能得到證實，如牛頓的萬有引力定律一直過了100年才因為卡文迪什的精密實驗得到驗證。

這篇文章的每一部分，展開都可以形成一篇很長的論文，並且都能引出很大一堆數學方程，不過為了科普的必要，我簡化了很多過程，只有這樣，才能成文。

最開始人們認為，最小的物質是原子，後來人們又知道的夸克，當人們再去設想最小物質的時候自然就會想到數學中常說的點或是點粒子。我們又知道，各種作用力都有自己的場，這兩者看起來都是正確的，不過，當我們把充滿空間的「場」與萬物之源皆是沒有大小的點這種觀點結合起來的時候，就會引發巨大的問題，這個問題與將引力理論融入基本粒子理論的時候遇到的困難是一樣的。

接下來我們就先了解一下「點粒子引發的無窮大問題」。比如說，電子可以改變電磁場的變化，然後電磁場的變化又會作用於其他電子。那麼，改變這個電場的電子是否也受到電場變化的影響呢？根據庫侖定律我們知道，如果它也受其變化的影響，我們把電子視作一個點的話，引起這個電磁場變化的電子就會受到無窮大的場強，如果電磁場強變大，能量也會隨之變大，根據E=mc平方，電子的質量也會變得無窮大，當然這是不存在的。

熟悉嗎？

後來人們用「重整化」來解決這個問題，不過這樣的解決辦法是人為的避開一些衝突，這個過程中也會掩耳盜鈴地忽視一些正確的理論，得到一些近似合理的結論（當然也是正確的結論）。如果我們將引力加進去，就無法再繼續了，於是，「弦理論」登上歷史舞台。

點粒子

接下來就是大家所知道的那樣，弦可以解釋所有的基本粒子，弦理論認為所有的基本粒子都是由一維的弦組成的，各種基本粒子是通過「弦」的不同振動狀態變成電子或光子的。不過這裡可以預告一下，弦和弦振動的空間是由其它更加本質的東西組成的。

弦我們又把它分為開弦和閉弦。它們是弦的兩種不同的狀態。那麼講到這裡就必須解釋一下弦是如何消除點粒子中存在的無窮大的問題。（接下來的文字也許生澀難懂，如果實在不懂記住弦論解決了無窮大的問題就可以了）點粒子的模型中，質量的無窮大發生在電子釋放光子的點與吸收光子的點接近之時，但在弦論中，由於觀察方式的不同，弦的變化點也隨之變化，弦釋放和吸收的點無法確定，因此不會出現在同一個點釋放和吸收光子的現象，所以就不會出現電子間的作用力變成無窮大的問題。

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