지난 세기 초까지 스위스 특허국 직원, 물리학 박사 갓 졸업한 아인슈타인이 획기적인 물리학 이론을 제시했습니까? 특수 상대성 이론은 시간과 공간을 전체적으로 시공간이라고 하고, 시간은 시공간의 네 번째 차원이 된다.
하지만 시간과 공간은 통일되고 차원의 수는 4 개로 늘어났지만 시간은 특별한 차원으로 추가되었다. 시간과 공간은 통일되어 있지만 본질적인 차이가 있다. 그래서 아인슈타인의 대학 선생님 민코프스키가 좁은 상대성론을 위해 기하학 모형을 만들었나요? 민코프스키의 시간에는 시간 좌표를 허수 변환하여 ICT 를 사용하여 시간 차원을 측정합니다. 여기서 I 는 허수, CT 는 광속이 단위 시간 내에 이동하는 공간 거리를 나타냅니다.
따라서 특수 상대성 이론의 통일 된 시공간에서는 시간과 공간이 항상 다르며 공간은 여전히 3 차원입니다. 아인슈타인이 통일전자기력 통일장론을 연구할 때 독일 수학자 테오도르가 있었나요? 칼루자는 중력장 방정식에 공간 차원을 추가하여 시공간을 5 차원으로 확장하려고 시도했다. 5 차원 시공에서는 중력장 방정식에 몇 세트의 방정식이 있다. 원래의 중력장 방정식 외에 또 다른 방정식 세트가 있다. 칼루자는 이러한 추가 방정식이 맥스웰의 전자기 방정식과 동등하다는 것을 발견했다. 즉, 당시 공이 공간 차원을 추가했을 때 일반 상대성 이론이 전자기 이론을 통일했다는 것을 의미한다.
이것은 확실히 아주 좋은 생각이지만, 문제가 왔다: 제 4 차원 공간은 어디에 있는가? 공간은 여전히 자유도가 있기 때문에, 왜 우리는 볼 수 없고 느낄 수 없는가? 그리고 또 다른 스웨덴 물리학자 오스카? 클라인은 4 차원 공간이 곱슬거릴 수 있다는 가정을 제시했습니다. 만약 그 자체가 플랑크 길이에서 곱슬거린다면, 우리는 어쨌든 그것을 관찰할 수 없습니다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언) 이로써 중력과 전자기력을 통일할 수 있는 5 차원 시공간 이론이 탄생했고, 과학계는 그들의 이름으로 칼루자 클라인 이론이라는 이름을 붙였다.
하지만 분명히, 이 이론은 불완전하며, 그 이유는 간단하다. 그것은 자연계의 다른 두 가지 기본력인 강핵력과 약핵력을 무시한다. 따라서, 이론이 발전함에 따라, 이런 5 차원 이론은 점차 사람들의 시야에서 멀어졌다.
나중에 페르미온과 보손 대칭 이론: 초대칭 이론이 제기되면서 과학자들은 초대칭 이론을 바탕으로 칼루자 클라인의 5 차원 통일 이론을 업그레이드하기 시작했고, 공간 차원이 10 차원으로 늘어나고, 시공간 차원이 11 차원으로 늘어났고, 기하학적 중력 이론은 마침내 알려진 모든 힘을 포함하게 되었다. 이 1 1 차원의 중력 이론을 초중력 이론이라고 합니다.
그러나 과학자들은 곧 초중력 이론에 두 가지 치명적인 결함이 있다는 것을 발견했다: 무한대와 키랄 손실 (약한 상호 작용에 따른 우칭은 이에 관한 것이다). 그래서 이 복잡하고 아름다운 통일 이론은 실패로 끝났다.
또 다른 고차원 이론인 초현 이론도 있습니다. 초중력 이론과는 달리 초현 이론은 알려진 모든 기본력을 9 차원 공간에 통일시켜 무한대가 없고 공간 차원이 홀수이기 때문에 수효성을 잃지 않았다. 완벽한 통일 이론이 나타났나요? 그러나, 과학자들은 하나가 아니라 다섯 가지를 발견했는가? 이 다섯 가지 서로 다른 초현 이론은 모두 같은 결과를 얻을 수 있다. 분명히, 이 다섯 가지 초현 이론은 모두 옳다. 적어도 이론적으로 우리는 어느 것을 믿어야 하는가? 이때 화해한 사람이 나타났다. 그는 미국의 천재 물리학자인 에드워드입니다. Witten, 그는 5 개의 10 차원 초현 이론에 공간 차원을 추가하고, 5 개의 서로 다른 초현 이론을 11 차원 초현 이론으로 통일하는데, 여기에는 10 개의 공간 차원과 1 개의 시간 차원이 포함되어 있다.
하지만 당신은 공간 차원이 다시 균일해졌고, 키랄성이 사라진 것을 발견했겠죠? 그러나 위텐은 더 심하다. 그는 해결 방법을 생각했다: 공간 또는 9 차원, 추가 차원은 2 개의 9 차원 공간을 연결하는 평행 공간 차원이다. 이렇게 하면 각 개별 공간 차원이 홀수를 유지할 뿐만 아니라 시공간 차원을 11 차원으로 늘릴 수 있습니다. 그리고 Weiten 은 11 차원 초끈 이론이 자동으로 11 차원 초중력 이론을 포함한다는 것을 발견하고, 우주의 모든 알려진 상호 작용 (기본력) 을 완전히 설명하는 통일 이론을 탄생시켰다! 위텐은 이런 만물 이론을 M 이론이라고 부른다.
그렇다면 이 대통일 이론을 어떻게 증명할 수 있을까요? 고차원 공간을 어떻게 검증할 수 있습니까? 불행히도, 우리가 지금 할 수 있는 건 아무것도 없어? 이론적으로 중력만이 고차원 공간을 통과할 수 있고, 전자기력, 강핵력, 약핵력 등 다른 힘은 모두 3 차원 공간에서 벗어날 수 없기 때문에 우리의 일반적인 측정 방법은 사용할 수 없다. 중력파로 측정할 수 있을까요? 안 될 것 같아요. 중력파의 침투 에너지는 너무 강해서 신호를 반사할 수 없고, 현재 인간 기술은 아직 측정 가능한 중력파 신호를 생산할 능력이 없다.
현재 인간 과학기술이 할 수 있는 유일한 가능성은 대형 강자 충돌기를 통해 초대칭 이론으로 예측된 초대칭 입자를 찾는 것이다. 그러나 과학자들은 초대칭 입자가 도대체 얼마나 높은 에너지 상태를 생산해야 하는지 알지 못한다. 즉, 우리는 도대체 얼마나 큰 강자 충돌기를 만들어 초대칭 이론을 검증해야 할지 모른다. 그리고 단지 초대칭 이론을 검증하기 위해서일 뿐, 실제 현 이론을 검증하는 것과는 거리가 멀다.
M 이론은 공간 차원을 증가시켜 알려진 모든 기본력을 자연스럽게 통일하기 때문에 성공적이지만, 기존 기술 하에서 검증할 수 있는 어떠한 이론적 예측도 할 수 없기 때문에 실패했다. 이는 과학 이론에 파괴적이다. 이는 이론이 위조성을 잃었다는 것을 의미하기 때문이다. 위조성이 없는 이론이 과학 이론이라고 할 수 있습니까?