神秘的弦理论

摘要: 使用机器学习，字符串理论家最终展示了额外尺寸的微观配置如何转化为基本粒子的集合，尽管尚未进入我们的宇宙。

神秘的弦理论

弦理论是一种物理学理论，试图解释宇宙中的一切现象。最近，一些研究人员利用神经网络这一计算工具，首次精确计算出微观世界中的弦会导致什么样的宏观世界。这一重要里程碑重新激发了一个曾在几十年前停滞不前的探索：弦理论是否能够描述我们的世界。

弦理论的关键特征是六个小空间维度的排列。这些排列最简单的形式是称为Calabi-Yau流形的复杂六维形状。Calabi-Yau流形具有两个特征，使它们受到物理学家的青睐。

首先，它们可以容纳具有超对称性的量子场，而超对称性的场要比更不规则的场简单得多。大型强子对撞机的实验表明，宏观物理定律并不具有超对称性。但超出标准模型的微观世界的性质仍然未知。大多数弦理论家都假设在这一尺度上的宇宙是超对称的，其中一些出于物理动机而相信这一点，而另一些则出于数学上的必要性。

其次，Calabi-Yau流形是“Ricci平坦”的。根据爱因斯坦的广义相对论，物质或能量的存在会弯曲时空，产生所谓的Ricci曲率。Calabi-Yau流形缺乏这种曲率，尽管它们可以（而且确实）以与其物质和能量内容无关的其他方式弯曲。为了理解Ricci平坦性，可以考虑一个甜甜圈，这是一个低维Calabi-Yau流形。您可以展开一个甜甜圈并将其表示在一个平面屏幕上，从右侧移动会将您传送到左侧，上下移动也是如此。

弦理论的一般计划是寻找描述我们宇宙中空间微观结构的特定流形。一种搜索方法是选择一个合理的6D甜甜圈，并计算它是否与我们看到的粒子相匹配。

研究人员在这方面取得了稳定的进展，特别是在过去几年里，一个位于英国的合作团队已经将甜甜圈选择的艺术精益求精。利用2019年和2020年各种计算技术的见解，该团队确定了一些能够产生包含正确数量物质粒子的“概观模型”的Calabi-Yau流形类别。这些理论往往会产生我们看不到的长距离力。尽管如此，借助这些工具，英国物理学家已经大部分自动化了曾经令人望而却步的计算。