这幅艺术作品阐释了弦表面怎么从几个对于粒子碰撞的肤浅数学假设中推导出来。图片开端：Clifford Cheung 的东说念主工智能生成作品

开端：https://phys.org/news/2026-05-theory-uniquely-derived-basic-assumptions.html

淌若你把一个掰成越来越小的碎屑，你会发现分子，然后是原子，接着是亚原子粒子，比如质子以及组成质子的夸克和胶子。你可能以为也曾到达了极限，但根据弦表面学家的说法，淌若你不时深化到更小的圭臬——比质子小十亿亿倍——你还会发现更多：微弱的振动弦。

弦表面发展于20世纪60年代，它建议天地万物都由不可见的弦组成。该表面的出现是为了治理“量子引力”问题，即怎么结伙形容咱们宇宙最小圭臬的量子力学与解释咱们天地在最大圭臬上怎么运行（包括引力）的广义相对论。究诘东说念主员试图结伙这两种表面——举例，筹商引力在量子鸿沟中的行径——但他们的方程却变得难以捉摸，或者用数学术语来说，趋向无尽大。

弦表面是一种能够把握用之约束的数学治理决策。它觉得统共粒子，包括引力子——这种联想粒子被觉得传递着引力——都是由极细的振动弦产生的。弦表面背后的数学旨趣条目弦至少在十个维度上振动，而不是咱们所处的四维空间（三维空间和一维时期），这亦然一些科学家不坚信弦表面正确性的原因之一。但大要该表面面对的最大挑战是考验它所需的超高能量：这样的本质需要一个星系大小的粒子对撞机。

物理学家该怎么办？一种探索表面的智力是经受“自举法”，即究诘东说念主员先作念出一些他们觉得对于天地的正确假设，然后不雅察这些假设会推导出哪些定律。在一篇题为《从实在无到有的弦》（Strings from Almost Nothing）的新论文中，加州理工学院的究诘东说念主员过甚纽约大学和巴塞罗那高能物理究诘所的共事们恰是这样作念的。该论文已被《物理驳倒快报》（Physical Review Letters）吸收发表。他们从对于粒子在高能下怎么互相散射的几个基本假设开赴，推导出了弦表面的基自身分。

“弦的看法就这样天然而然地出现了，”加州理工学院表面物理学讲授、莱因韦伯表面物表面坛主任克利福德·张说说念。“咱们一泉源根底莫得对弦作念任何假设，但最终得到的解却包含了弦的基本特征。”

张讲授默示，天然这项责任并不可为弦表面提供实考据据，但它“从表面角度来看止境具有启发性，因为一般的假设可能会产生无限多个解，但内容上只产生了一个解”。

加州理工学院弗雷德·卡弗里表面物理与数学讲授、物理、数学与天文系肯特和乔伊斯·克雷萨斥田主席大栗弘（Hirosi Ooguri）解释说，这种自举法有助于物理学家们聚焦弦表面的重要特征。大栗弘本东说念主亦然一位弦表面学家，但并非该论文的作家。“它还能匡助究诘东说念主员建议替代表面。淌若弦表面不培育，而咱们想寻找另一个模子，那么咱们需要去掉哪些基本假设呢？”大栗弘说说念。

和洽的粒子

弦的一项重要特征是弦谱，它从该团队的分析中“剔除”出来。弦谱由欧洲核子究诘中心（CERN）的意大利表面物理学家加布里埃莱·韦内皆亚诺于20世纪60年代末发现，它是由粒子组成的无限塔或门路，其中粒子的质料和自旋以梗阻的步长递加。

张说：“在韦内皆亚诺的时间，粒子对撞机在碰撞经过中会喷出广泛质料互异的粒子。这别有天地，但其时莫得东说念主知说念发生了什么。韦内皆亚诺写下了一个函数来形容统共这些粒子的质料，揭示了一个无限蔓延的粒子塔。”

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其他究诘东说念主员自后意志到，韦内皆亚诺的粒子塔对应于振动弦的谐波序列。淌若你拨动一根小提琴弦，你会听到一系列音符，这些音符代表基音和盲从近似花式的泛音。

弦表面出生了，但直到 1974 年，加州理工学院的哈罗德·布朗表面物理学荣誉讲授约翰·施瓦茨和他的共事、法国物理学家乔尔·舍克才意志到该表面包含了引力，从而培育了弦表面和广义相对论之间的第一个考虑。

“和阿谁时间的统共粒子物理学家不异，咱们之前对引力并不感风趣。弦表面在高能情况下推崇邃密，这与爱因斯坦的广义相对论不同，后者只可当作幼稚近似培育。因此，博亚(中国)一站式服务官方网站尽管其时许多东西还不甚明了，但咱们止境欢快，因为某种表情的弦表面大要能够提供一个吞并的量子表面来解释一切，”施瓦茨说说念。

在弦表面中，微弱弦的不同振动花式会产生不同的粒子。举例，光子是由启齿弦在其基频振动花式中产生的，而引力子则被觉得是由闭合弦的基频振动花式产生的。

从底层作念起

在这项新究诘中，究诘东说念主员检会了一种叫作念散射振幅的量，它形容了粒子碰撞可能成果的概率。当究诘东说念主员愚弄广义相对论的器具，在越来越高的能量下经营散射振幅时，就会出现难以捉摸的无尽大。用数学术语来说，这意味着成果不对理，详情是不正确的。

张说：“淌若你把广义相对论应用到所谓的普朗克圭臬（苟简比质子的质料大19个数目级）的极高能量下，你会得到一个绝不测思意思的成果。一切都透彻崩溃了。”

这恰是弦表面的上风处所。它通过多种形势幸免了数学推导趋于无尽大，其中一种形势被称为超软性，即弦在极高能量下会软化或浑沌互相作用，从而使其在数学上更易于处理。

张讲授说：“在弦表面框架下，跟着粒子间能量盘曲的增多，粒子散射的概率会赶紧下落。这就像粒子根底不想互相散射，而是摆脱穿过不异。散射振幅不会趋于无尽大，它的行径愈加合理。”

究诘东说念主员将粒子行径的这种超软特质当作他们的驱动假设之一。他们莫得对弦作念任何假设，但假设粒子在高能下散射概率较低——这对于兑现量子引力表面中不消要的无尽大至关抨击。

此外，他们还对粒子行径建议了另一个更为复杂的假设，称为“最小零点”。张讲授解释说：“值得抑遏的是，一致性条目散射振幅不仅在被称为‘零点’的非凡通顺学点处互相作用，况兼在零点处也不互相作用。‘最小零点’假设条目此类销亡点的数目在数学上尽可能少，以合适方程的逻辑。”

究诘东说念主员从形容这两个假设的数学抒发式开赴，严格阐发只消称心这些假设的数学函数才能组成弦表面的记号性特征。这些记号性特征包括弦表面界说的完好粒子质料和自旋谱，以及它们之间谛视的互相作用强度。

“弦表面的精准细节是自动产生的，包括组成弦的‘谐波’的无限大旋转粒子塔，这亦然该表面知名远近的原因，”共同作家、纽约大学詹姆斯·阿瑟博士后究诘员格兰特·N·雷门（2017 年博士毕业）说说念。

究诘东说念主员的自举智力有点像数独谜题：你从一些对于如安在网格中放弃数字的法例泉源，然后从这些基本法例开赴，寻找谜题的独一治理决策。

张解释说：“极具讪笑意味的是，咱们现时用当代器具和当代理念所追求的这种独力重生式的智力，内容上却止境复旧。这是一种陈腐的理念。最先发现威尼斯光谱以及约翰·施瓦茨的责任都经受了近似的智力。他们并非从弦表面模子出手，而是从基容或趣开赴找到了治理决策。”

张讲授还指出，加州理工学院的史蒂文·弗劳奇是自举法的前驱。弗劳奇是加州理工学院的表面物理学荣誉退休讲授，他和他的共事、已故的杰弗里·丘（曾任加州大学伯克利分校讲授）在20世纪60年代率先在粒子物理学鸿沟发展了自举表面（丘的定名源于“独力重生”的成语）。弗劳奇和丘发现了自后由韦内皆亚诺发现的无限粒子塔的早期笔据。

“自举法的想想一渡过期，但现时像克里夫这样的东说念主正在回话并使其当代化，”大栗说。“咱们现时对不错作念出的基本假设有了更深化的意会，也领有了更强的时间，不错将这些假设滚动为散射振幅和其他可不雅测量的性质。”

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