弦理论:暗能量是允许的吗?

弦理论:暗能量是允许的吗?

在弦理论中，范式转换可能即将到来。今年6月，哈佛大学和加州理工学院的一组弦理论学家发表了一个听起来具有革命性的猜想:据说弦理论从根本上与我们目前对“暗能量”的理解不相容——但只有用“暗能量”才能解释我们当前宇宙的加速膨胀。

维也纳理工大学的Timm Wrase很快发现了这个猜想的一些奇怪之处:它似乎与希格斯粒子的存在不相容。他与纽约哥伦比亚大学(Columbia University)和海德堡大学(University of Heidelberg)的理论家一起进行了计算，现已在《物理评论》(Physical Review)上发表。目前，全世界都在热烈讨论弦和暗能量。Wrase希望这将导致这一研究领域的新突破。

万物理论

人们对弦理论寄予厚望。它被用来解释引力是如何与量子物理学相联系的，以及我们如何理解自然法则，自然法则描述了整个物理世界，从最小的粒子到宇宙最大的结构。

通常，弦理论被指责仅仅提供抽象的数学结果，而且做出的预测太少，实际上无法在实验中得到验证。然而现在，全世界的弦理论团体正在讨论一个与测量宇宙膨胀的宇宙实验密切相关的问题。2011年，诺贝尔物理学奖授予了一项发现，即宇宙不仅在不断扩大，而且实际上还在加速膨胀。

这种现象只能通过假设一种额外的、以前未知的“暗能量”来解释。这个想法最初来自阿尔伯特·爱因斯坦，他把它作为广义相对论的一个“宇宙学常数”加上去。爱因斯坦实际上是这样做的，是为了构造一个不膨胀的宇宙。当哈勃在1929年发现宇宙实际上在膨胀时，爱因斯坦把他的方程的修改描述为他一生中最大的错误。但随着宇宙加速膨胀的发现，宇宙常数又以暗能量的形式被重新引入到当前的宇宙学标准模型中。

就像水果碗里的苹果

维也纳理工大学理论物理研究所的Timm Wrase说:“在很长一段时间里，我们认为这种暗能量可以很好地适应弦理论。”弦理论假设有额外的，以前未知的粒子可以被描述为场。

这些田地的能量最低——就像一个苹果躺在碗里。它总是在碗的底部，在碗的最低点。在其他地方，它的能量会更高，如果我们想转移它，我们必须施加能量。但这并不意味着最低点的苹果一点能量都没有。我们可以把苹果放在地上，或者放在桌子上——苹果有更多的能量，但它仍然不能移动，因为它仍然处于最小能量的状态。

“在弦理论中，有一些场可以以类似的方式解释暗能量——在局部，它们处于能量最小的状态，但它们的能量值仍然大于零，”Timm Wrase解释说。“因此，这些场将提供所谓的暗能量，我们可以用暗能量来解释宇宙加速膨胀。”

但6月25日，世界上最著名的弦理论家之一、哈佛大学的坎润·瓦法发表了一篇文章，引起了许多人的关注。他认为，在弦理论中，这种“碗形”正能量场是不可能的。

希格斯场——一个矛盾

维也纳理工大学的Timm Wrase很快意识到这种说法的含义:“如果这是真的，那么宇宙加速膨胀，正如我们目前所想象的那样，是不可能的。”“然后，加速膨胀必须用性质完全不同的场来描述，比如一个倾斜的平面，一个球滚下山坡，失去势能。”但在这种情况下，宇宙中“暗能量”的数量会随着时间的推移而改变，宇宙的加速膨胀有一天可能会停止。然后引力就会把所有物质拉回到一起，在一个点上把所有东西都聚集起来，就像大爆炸的时间一样。

但是Timm Wrase在他的博士论文中已经处理过类似的问题，他发现这个想法也不可能是全部的事实。“Cumrun Vafa的猜想，它禁止某些类型的领域，也会禁止我们已经知道存在的东西，”他解释说。

Wrase能够证明希格斯场也具有实际上应该被Vafa猜想所禁止的性质——希格斯场被认为是一个实验证明的事实。由于这一发现，2013年诺贝尔物理学奖被授予。Wrase把他的研究结果上传到预印本网站Arxiv上，很快就在弦理论领域引发了大量的讨论。现在这项研究已经被同行评审并发表在《物理评论》杂志上。

“这场争论对弦理论来说是件好事，”Timm Wrase确信。“突然之间，很多人有了全新的想法，这是以前没有人想过的。”Wrase和他的团队现在正在调查在弦理论中哪些场是允许的，在哪些点上它们违反了Vafa的猜想。“也许这会让我们对暗能量的本质有一个令人兴奋的新见解——那将是一个巨大的成功，”Wrase说。

出现的假设(至少部分)很快就会被实验验证。在未来几年里，宇宙加速膨胀的测量将比以往任何时候都更加精确。