弦理論:暗能量是允許的嗎?

在弦理論中谚赎，范式轉(zhuǎn)換可能即將到來(lái)。今年6月，哈佛大學(xué)和加州理工學(xué)院的一組弦理論學(xué)家發(fā)表了一個(gè)聽(tīng)起來(lái)具有革命性的猜想:據(jù)說(shuō)弦理論從根本上與我們目前對(duì)“暗能量”的理解不相容——但只有用“暗能量”才能解釋我們當(dāng)前宇宙的加速膨脹。

維也納理工大學(xué)的Timm Wrase很快發(fā)現(xiàn)了這個(gè)猜想的一些奇怪之處:它似乎與希格斯粒子的存在不相容。他與紐約哥倫比亞大學(xué)(Columbia University)和海德堡大學(xué)(University of Heidelberg)的理論家一起進(jìn)行了計(jì)算灾螃，現(xiàn)已在《物理評(píng)論》(Physical Review)上發(fā)表。目前葱轩，全世界都在熱烈討論弦和暗能量睦焕。Wrase希望這將導(dǎo)致這一研究領(lǐng)域的新突破。

萬(wàn)物理論

人們對(duì)弦理論寄予厚望靴拱。它被用來(lái)解釋引力是如何與量子物理學(xué)相聯(lián)系的垃喊，以及我們?nèi)绾卫斫庾匀环▌t，自然法則描述了整個(gè)物理世界袜炕，從最小的粒子到宇宙最大的結(jié)構(gòu)本谜。

通常，弦理論被指責(zé)僅僅提供抽象的數(shù)學(xué)結(jié)果偎窘，而且做出的預(yù)測(cè)太少乌助，實(shí)際上無(wú)法在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。然而現(xiàn)在陌知，全世界的弦理論團(tuán)體正在討論一個(gè)與測(cè)量宇宙膨脹的宇宙實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)的問(wèn)題他托。2011年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)仆葡，即宇宙不僅在不斷擴(kuò)大赏参，而且實(shí)際上還在加速膨脹。

這種現(xiàn)象只能通過(guò)假設(shè)一種額外的、以前未知的“暗能量”來(lái)解釋把篓。這個(gè)想法最初來(lái)自阿爾伯特·愛(ài)因斯坦纫溃，他把它作為廣義相對(duì)論的一個(gè)“宇宙學(xué)常數(shù)”加上去。愛(ài)因斯坦實(shí)際上是這樣做的韧掩，是為了構(gòu)造一個(gè)不膨脹的宇宙紊浩。當(dāng)哈勃在1929年發(fā)現(xiàn)宇宙實(shí)際上在膨脹時(shí)，愛(ài)因斯坦把他的方程的修改描述為他一生中最大的錯(cuò)誤疗锐。但隨著宇宙加速膨脹的發(fā)現(xiàn)坊谁，宇宙常數(shù)又以暗能量的形式被重新引入到當(dāng)前的宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中。

就像水果碗里的蘋果

維也納理工大學(xué)理論物理研究所的Timm Wrase說(shuō):“在很長(zhǎng)一段時(shí)間里窒悔，我們認(rèn)為這種暗能量可以很好地適應(yīng)弦理論呜袁〉新颍”弦理論假設(shè)有額外的简珠，以前未知的粒子可以被描述為場(chǎng)。

這些田地的能量最低——就像一個(gè)蘋果躺在碗里虹钮。它總是在碗的底部聋庵，在碗的最低點(diǎn)。在其他地方芙粱，它的能量會(huì)更高祭玉，如果我們想轉(zhuǎn)移它，我們必須施加能量春畔。但這并不意味著最低點(diǎn)的蘋果一點(diǎn)能量都沒(méi)有脱货。我們可以把蘋果放在地上，或者放在桌子上——蘋果有更多的能量律姨，但它仍然不能移動(dòng)振峻，因?yàn)樗匀惶幱谧钚∧芰康臓顟B(tài)。

“在弦理論中择份，有一些場(chǎng)可以以類似的方式解釋暗能量——在局部扣孟，它們處于能量最小的狀態(tài)，但它們的能量值仍然大于零荣赶，”Timm Wrase解釋說(shuō)凤价。“因此拔创，這些場(chǎng)將提供所謂的暗能量利诺，我們可以用暗能量來(lái)解釋宇宙加速膨脹∈Ｔ铮”

但6月25日慢逾，世界上最著名的弦理論家之一、哈佛大學(xué)的坎潤(rùn)·瓦法發(fā)表了一篇文章，引起了許多人的關(guān)注。他認(rèn)為，在弦理論中蚁阳，這種“碗形”正能量場(chǎng)是不可能的县钥。

希格斯場(chǎng)——一個(gè)矛盾

維也納理工大學(xué)的Timm Wrase很快意識(shí)到這種說(shuō)法的含義:“如果這是真的，那么宇宙加速膨脹驶臊，正如我們目前所想象的那樣，是不可能的〕憾危”“然后，加速膨脹必須用性質(zhì)完全不同的場(chǎng)來(lái)描述舰攒，比如一個(gè)傾斜的平面败富，一個(gè)球滾下山坡，失去勢(shì)能摩窃∈薅＃”但在這種情況下，宇宙中“暗能量”的數(shù)量會(huì)隨著時(shí)間的推移而改變猾愿，宇宙的加速膨脹有一天可能會(huì)停止鹦聪。然后引力就會(huì)把所有物質(zhì)拉回到一起，在一個(gè)點(diǎn)上把所有東西都聚集起來(lái)蒂秘，就像大爆炸的時(shí)間一樣泽本。

但是Timm Wrase在他的博士論文中已經(jīng)處理過(guò)類似的問(wèn)題，他發(fā)現(xiàn)這個(gè)想法也不可能是全部的事實(shí)姻僧」胬觯“Cumrun Vafa的猜想，它禁止某些類型的領(lǐng)域撇贺，也會(huì)禁止我們已經(jīng)知道存在的東西赌莺，”他解釋說(shuō)。

Wrase能夠證明希格斯場(chǎng)也具有實(shí)際上應(yīng)該被Vafa猜想所禁止的性質(zhì)——希格斯場(chǎng)被認(rèn)為是一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明的事實(shí)显熏。由于這一發(fā)現(xiàn)雄嚣，2013年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予。Wrase把他的研究結(jié)果上傳到預(yù)印本網(wǎng)站Arxiv上喘蟆，很快就在弦理論領(lǐng)域引發(fā)了大量的討論』荷現(xiàn)在這項(xiàng)研究已經(jīng)被同行評(píng)審并發(fā)表在《物理評(píng)論》雜志上。

“這場(chǎng)爭(zhēng)論對(duì)弦理論來(lái)說(shuō)是件好事蕴轨，”Timm Wrase確信港谊。“突然之間橙弱，很多人有了全新的想法歧寺，這是以前沒(méi)有人想過(guò)的燥狰。”Wrase和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在調(diào)查在弦理論中哪些場(chǎng)是允許的斜筐，在哪些點(diǎn)上它們違反了Vafa的猜想龙致。“也許這會(huì)讓我們對(duì)暗能量的本質(zhì)有一個(gè)令人興奮的新見(jiàn)解——那將是一個(gè)巨大的成功顷链，”Wrase說(shuō)目代。

出現(xiàn)的假設(shè)(至少部分)很快就會(huì)被實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在未來(lái)幾年里嗤练，宇宙加速膨脹的測(cè)量將比以往任何時(shí)候都更加精確榛了。