超弦理论浅谈

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超弦理论统一自然界的物理学研究

超弦理论统一自然界的物理学研究

超弦理论统一自然界的物理学研究超弦理论是当代物理学中最为前沿和重要的研究领域之一。

它致力于寻求一种统一描述自然界的理论,能够同时解释量子力学和引力的行为。

本文将介绍超弦理论的基本概念和发展历程,以及其对整个物理学领域带来的深远影响。

一、超弦理论的起源超弦理论的起源可以追溯到20世纪70年代。

当时,物理学家们意识到现有的粒子物理学模型无法有效地解释宇宙的起源和基本粒子之间的相互作用。

于是,他们开始探索一种更为综合和统一的理论。

二、超弦理论的基本概念超弦理论认为,一切物质和能量都是由微小的振动产生的。

这些振动形成了一维的“弦”,每一种不同的振动模式对应着不同的基本粒子。

超弦理论的最重要的特征之一就是它的维数,它将物理空间从我们熟悉的四维推广到了十维以上的超空间。

这样一来,超弦理论可以解释我们无法观察到的额外维度以及它们对物质运动的影响。

三、超弦理论的发展历程随着研究的深入,超弦理论经历了几个重要的发展阶段。

首先是“开弦理论”,即超弦理论的最早形式。

然而,开弦理论存在一些严重的不稳定性和无限大的结果。

为了解决这些问题,物理学家们提出了“闭弦理论”,即没有端点的弦。

闭弦理论更加稳定,但却要求宇宙中存在额外的维度。

进一步的研究发现,在十维空间中存在五种不同的超弦理论,称为I、IIA、IIB、HO和HE。

为了将这些不同的理论统一起来,物理学家们提出了“M理论”,使用了更高维度的空间,并将不同的超弦理论视为其在不同能量尺度下的极限情况。

四、超弦理论的意义和应用超弦理论在物理学领域的影响是巨大的。

首先,它提出了解释引力和量子力学之间矛盾的可能途径,这对于建立全面的理论体系具有重要意义。

其次,超弦理论对黑洞物理学的研究产生了深远的影响,提出了关于黑洞熵和信息损失等重要概念。

此外,超弦理论还对宇宙学、粒子物理学和高能物理学等领域提供了新的研究方向和方法。

总结:超弦理论是一种力求统一自然界的物理学研究领域。

它通过将物质和能量描述为微小弦的振动,扩展了物理空间的维度,并将不同的超弦理论统一起来。

粒子物理学中超弦理论及其应用前景

粒子物理学中超弦理论及其应用前景

粒子物理学中超弦理论及其应用前景超弦理论是一种旨在解释宇宙最基本构成及其相互作用的理论框架。

它基于假设,认为一切物质都可以看作是微小振动的弦,而不再是传统粒子理论中的点状粒子。

这一理论不仅在粒子物理学领域引起了广泛关注,还具有巨大的应用前景。

超弦理论的基本概念是,物质的基本结构并不是无限小的点,而是细小的弦。

这些弦可以振动,并且它们以不同的振动模式产生不同的粒子。

超弦理论的独特之处在于,它可以统一描述引力和其他基本相互作用,包括强力、弱力和电磁力。

在粒子物理学中,超弦理论的出现填补了标准模型的一些空白,解决了一些标准模型无法解释的问题。

例如,超弦理论可以解释黑洞的信息丢失问题,以及宇宙起源和演化的一些谜题。

此外,超弦理论还预测了一些新的粒子,如超对称粒子和额外的空间维度。

超弦理论的应用前景非常广泛。

首先,超弦理论可以帮助我们理解宇宙的起源和演化。

通过研究早期宇宙膨胀的过程,超弦理论可以解释宇宙的膨胀速度、暗物质和暗能量的存在,以及宇宙背景辐射的性质等。

其次,超弦理论对于高能物理实验也具有重要意义。

虽然目前无法直接验证超弦理论的预测,但部分超弦理论的特征可以通过在高能粒子加速器中进行实验来观察。

例如,某些超对称粒子的存在可以通过粒子对撞实验来验证,并对标准模型的修正提供线索。

此外,超弦理论还为量子引力领域的研究提供了新的视角。

传统的引力理论与量子力学不相容,而超弦理论试图通过量子化引力来统一这两个领域。

虽然目前这一领域还面临许多困难和挑战,但超弦理论提供了一种有希望的解决方案,并为量子引力研究的发展指明了方向。

最后,超弦理论还对技术和工程领域有着广泛的应用前景。

基于超弦理论的新型材料和技术可以在太阳能电池、传感器、量子计算等领域产生重大影响。

此外,超弦理论还启发了一些科幻作品和影视作品的创作,丰富了人类的想象力。

尽管超弦理论在科学界引起了广泛关注和研究,仍然有许多问题有待解决。

例如,目前无法直接观测到超弦或验证超弦理论的预测,这是一个重要的挑战。

理解弦理论和超弦理论的基本原理

理解弦理论和超弦理论的基本原理

理解弦理论和超弦理论的基本原理弦理论和超弦理论被认为是现代物理学中最有前景的研究领域之一。

它们试图解释自然界中最基本的粒子和力的本质。

本文将介绍弦理论和超弦理论的基本原理。

一、弦理论的基本原理弦理论认为,一切物质都是由细小的一维线状物体,即弦,组成的。

这些弦可以是闭合的或者是开放的,它们的振动模式决定了物质的性质。

弦的振动带来了不同频率的谐波,这些频率就对应了不同的粒子。

1.1 维度的角色弦理论认为,我们的宇宙存在着超过三维的空间。

除了我们熟知的三维空间,还有六个额外的空间维度,这些维度卷曲起来,以至于我们无法察觉到它们。

这是弦理论独有的一个特点。

1.2 弦的振动模式弦的振动模式包括了弦长振动、横向振动和旋转振动等。

不同模式的振动会导致不同的粒子。

例如,基态振动模式对应着质量为零的引力子,而横向振动模式对应着电子等质量不为零的粒子。

1.3 弦共形不变性弦理论中的弦有一个重要特性,即共形不变性。

这意味着弦的物理性质在时空曲率变换下是不变的。

这个性质是弦给出一种替代引力理论的重要原因。

二、超弦理论的基本原理超弦理论是对弦理论的一个进一步发展,它解决了弦理论中的一些困难,并提供了一个更加完善的框架来描述自然界。

2.1 超对称性超弦理论中的一个关键概念是超对称性。

超对称性是一种将费米子和玻色子对应起来的对称性。

它可以解释为什么我们还没有观测到与夸克和轻子对应的超对称粒子。

2.2 弦的统一超弦理论认为存在五种不同的超弦。

这些超弦之间通过对偶性相互联系,它们在理论中是等价的,只是从不同的角度描述了同一个物理现象。

这些不同的超弦在高能物理中的定律达到了统一。

2.3 额外的维度超弦理论需要额外的维度来保证理论的内聚性。

与弦理论类似,这些额外维度也是卷曲起来的,无法直接观测到。

超弦理论认为,我们的宇宙是一个多维的膜,称为布朗宇宙或D-膜,而我们所处的宇宙仅仅是其中一个。

三、实验验证和未来展望弦理论和超弦理论是高度理论化的物理学理论,它们需要进一步的实验验证。

超弦理论简介与展望

超弦理论简介与展望

超弦理论简介与展望超弦理论是近年来物理学领域非常热门的一个研究方向,它是一种试图统一所有基本粒子和力的理论。

本文将简要介绍超弦理论的基本概念,并展望其未来可能的研究方向。

什么是超弦理论?超弦理论是指将基本粒子看作是由维度极小的弦所组成的理论。

在传统的粒子物理学中,我们认为基本粒子是点状的,而超弦理论则将粒子看作是振动的弦。

这种新的理论框架可以更全面地解释自然界中的现象,并试图统一量子力学和引力理论。

超弦理论的突破之处传统的物理理论在解释基本粒子间相互作用时面临困境,无法在同一框架中统一解释各种力的作用。

然而,超弦理论的出现打破了这个局限,试图将所有力结合到一个理论中。

这意味着我们可能有机会找到宇宙存在的更深层次的规律,从而揭示出整个宇宙的奥秘。

超弦理论的研究进展自超弦理论提出以来,已经取得了许多重要的研究成果。

一方面,通过利用超弦理论来研究黑洞和宇宙起源等宇宙学问题,我们对宇宙的演化和结构有了更深入的理解。

另一方面,研究者还通过超弦理论解释了量子奇点的几何结构和存在。

这些成果为我们对宇宙的了解提供了新的思路和方法。

超弦理论的展望虽然超弦理论在解决一些重要问题上取得了重大突破,但仍然存在一些挑战和未解之谜。

超弦理论需要更具体的数学实现,以便能够与实验进行验证。

我们还需要深入研究超弦理论中的物理规律,以揭示宇宙的本质。

超弦理论与其他分支的物理学如量子场论、引力理论等的关系也需要更加深入地探究。

未来,我们可以期待更多的研究者加入到对超弦理论的探索中,为我们解决当前物理学中的一些难题提供新的思路和方法。

通过不断地扩展我们对超弦理论的认识,我们或许能够揭示出宇宙的基本规律和运行机制。

超弦理论作为现代物理学的一个重要研究方向,正试图揭示宇宙奥秘的面纱。

通过将基本粒子看作是振动的弦,超弦理论力图统一所有力,并解释宇宙中的一些重要现象。

虽然超弦理论仍然面临挑战和未解之谜,但我们对其潜力充满期待。

相信未来的研究将进一步推动我们对超弦理论的认识和应用。

物理中的超弦理论简介

物理中的超弦理论简介

物理中的超弦理论简介超弦理论是当今物理学中最具前沿性和挑战性的理论之一,它试图统一引力理论和量子力学,是一种试图描述自然界基本粒子和力的理论。

超弦理论认为,宇宙中的一切都是由微小的弦构成的,这些弦的振动模式决定了物质的性质和相互作用。

本文将对超弦理论进行简要介绍,帮助读者了解这一复杂而又神秘的物理理论。

超弦理论的提出源于对现有理论的种种困难和矛盾。

在20世纪初,物理学家们发现了微观世界中的基本粒子,如电子、质子、中子等,以及它们之间的相互作用。

随着实验技术的进步,科学家们发现了越来越多的基本粒子,这些粒子之间的相互作用也变得越来越复杂。

传统的粒子物理理论试图通过不断增加粒子和相互作用的描述来解释这一切,但却面临着越来越多的困难和矛盾。

超弦理论的提出是为了解决这些困难和矛盾。

超弦理论认为,宇宙中的一切都是由微小的弦构成的,这些弦的振动模式决定了物质的性质和相互作用。

与传统的粒子模型不同,超弦理论具有更高的数学结构和对称性,可以统一引力理论和量子力学,从而建立起一种更加完善和统一的物理理论。

超弦理论的一个重要特点是其维度的概念。

传统的粒子模型认为宇宙是四维的,即三维空间和一维时间。

而超弦理论则认为宇宙可能存在更多的维度,这些额外的维度对于弦的振动模式和相互作用起着重要的作用。

这种多维空间的概念为超弦理论提供了更加丰富和复杂的数学结构,使其能够描述更加丰富和多样化的物理现象。

另一个重要的特点是超弦理论的统一性。

传统的粒子模型中,引力和其他三种基本相互作用(电磁力、强相互作用和弱相互作用)是分开描述的,而超弦理论试图统一这些相互作用,将它们描述为弦的不同振动模式。

这种统一性使得超弦理论能够提供更加简洁和优美的物理描述,同时也为科学家们提供了一种全新的思路和方法来探索自然界的奥秘。

然而,超弦理论也面临着许多困难和挑战。

首先,超弦理论的数学结构非常复杂,需要高度抽象的数学工具和技巧来描述和计算。

其次,由于超弦理论预言的一些现象在目前的实验条件下无法观测到,因此科学家们很难验证这一理论的正确性。

超弦理论及其在宇宙学中的应用

超弦理论及其在宇宙学中的应用

超弦理论及其在宇宙学中的应用随着人类科技的发展和进步,对于宇宙学的研究也越来越深入。

在这个伟大的领域中,超弦理论是当今最热门的研究课题之一。

那么,超弦理论究竟是什么?又用在宇宙学中的哪些方面呢?一、超弦理论超弦理论是物理学中的一种理论,属于粒子物理学分支下的一种理论。

简单地说,超弦理论是一种描述自然界普遍性力量的理论。

这个理论的研究对象是宇宙最基本的构成单元——超弦。

而超弦是由一些细小的个体构成的,它们一般被认为是在计划ck量子体系内部的一个最小的元素。

在超弦理论中,四个基本力(引力、电磁力、弱力和强力)都可以归于一种相对性的结构,即共同丰富的场式。

这个相对性最终能够融为一体。

而在宇宙学中的应用就是希望通过超弦理论的解释,能够了解宇宙的开端,从而拓展宇宙学研究中的诸多问题。

二、超弦理论在宇宙学中的应用人们一直以来就想要解决的宇宙学问题之一是宇宙的起源。

而超弦理论在研究宇宙学问题时的作用就是帮助人们理解和解决这种问题。

因为它的相关性质使超弦理论的结果更为准确、可信且可行。

例如,超弦理论可用于研究宇宙之初的空间和时间的心理过程。

由于超弦理论对结构和力的描述显得更为完备,因此能够协助人们更好地解答宇宙大爆炸的猜想。

同时,超弦理论的模型提供了一种可能性,即揭示宇宙中还存在着一些不毁灭的东西,比如诸如广义相对性的势能。

并且,超弦理论也有可能用于研究黑洞。

超弦理论在宇宙学方面的应用还包括了宇宙的暗物质和暗能量等问题。

它带来的是能够解释和解决无法通过其他方法解决的宇宙学问题的潜在可能。

超弦理论能够帮助我们弄清楚其中仍未解决的问题,例如宇宙规模对宇宙学各种组成及相互作用关系的影响等。

三、总结总而言之,超弦理论在宇宙学中是一种现代的理论。

它能够带来前所未有的启示,有助于拓展人们关于宇宙的知识。

尽管涉及到的数学量较大,但它更是启发思考的工具。

相信在未来的一段时间里,随着超弦理论愈加分明、愈加精准,人们将能够更好地深入研究宇宙的各个普遍性力量和秩序,并一步趋向更加精准和正确的研究。

物理中的超弦理论简介

物理中的超弦理论简介

物理中的超弦理论简介超弦理论(Superstring Theory)是现代物理学中一个极具挑战性和吸引力的理论框架,旨在统一描述四种基本相互作用:引力、电磁力、弱核力和强核力。

它试图通过一种全新的视角来理解我们所知的宇宙结构和基本粒子,推动粒子物理学和宇宙学的发展。

一、基本概念超弦理论的核心概念是“弦”。

与传统粒子物理认为粒子是点状的观点不同,超弦理论假设所有基本粒子都不是点状实体,而是一些一维的“弦”。

这些弦可以振动,不同的振动模式对应不同类型的粒子。

例如,一个振动模式可能对应电子,另一个可能对应夸克。

弦的振动特性决定了该粒子的质量和其他物理特性。

1.1 弦的维度在超弦理论中,除了我们所熟悉的三维空间和时间维度之外,还引入了额外的空间维度。

根据不同的超弦理论,空间维度总数最多可以增加到10维或11维。

这些额外维度通常被认为是细致卷缩的,故而在日常生活中无法观察到。

二、历史背景超弦理论的起源可以追溯到20世纪70年代。

当时,物理学家们试图解决强相互作用中的一些难题。

1970年,意大利物理学家Gabriele Veneziano提出了一个与量子色动力学(QCD)相符的数学模型,这个模型后来被解释为描述弦的运动,是超弦理论发展的起点。

2.1 早期发展在随后的几年中,许多研究者认识到,该模型可以扩展到其他粒子的描述,从而使得它成为一种普适性的理论。

1984年,科学家们通过更深入的研究发现,多种不同类型的超弦理论实际上是可以相互转化的,这一发现被称为“二重性”(duality)。

此后,超弦理论经历了不断的发展与完善。

三、超弦理论的类型超弦理论可以分为五种主要类型,它们分别是类型I、类型IIA、类型IIB、 heterotic-SO(32) 和heterotic E8×E8。

虽然它们在某些方面有所不同,但都可以看作是同一个更深层次理论的一部分。

3.1 类型I 和类型II 理论类型I理论是一种非相互作用型弦论,它包含开放弦和闭合弦,允许存在奇特的规范对称性。

宇宙中的超弦理论是什么

宇宙中的超弦理论是什么

宇宙中的超弦理论是什么当我们仰望星空,心中充满对宇宙的好奇与敬畏时,科学家们正致力于探索宇宙的本质和运行规律。

在众多的理论中,超弦理论是一个极其引人入胜且充满神秘色彩的领域。

那么,超弦理论究竟是什么呢?简单来说,超弦理论是一种试图统一自然界所有基本相互作用的理论框架。

在我们日常生活中,我们所熟知的物质是由原子构成的,而原子又由原子核和电子组成,原子核则包含质子和中子。

进一步深入,质子和中子又是由夸克组成。

但超弦理论认为,构成物质的最基本单位不是粒子,而是微小的弦。

这些弦的尺度极其微小,大约为普朗克长度,即 10^(-35) 米。

弦的不同振动模式和能量状态,决定了所表现出来的粒子特性。

就好像同一根弦,以不同的方式振动,可以产生出电子、夸克等不同的粒子。

为什么科学家们会提出这样一个看似奇特的理论呢?这是因为在传统的粒子物理理论中,存在着一些难以解决的问题。

例如,引力在量子力学的框架下难以描述。

而超弦理论则有望将引力与其他三种基本相互作用(电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用)统一起来,形成一个所谓的“万物理论”。

超弦理论的一个关键特点是它要求时空具有额外的维度。

我们通常所感知到的时空是三维空间加上一维时间,总共四维。

但超弦理论认为,时空实际上有十维甚至更多的维度。

只不过这些额外的维度在我们日常生活的尺度下卷曲得非常小,以至于难以被察觉。

想象一下,一根吸管从远处看,似乎是一条一维的线,但近看其实是一个具有二维表面的圆柱体。

同样的道理,那些额外的维度可能就隐藏在我们看似平常的三维空间中。

超弦理论还引入了对偶性的概念。

对偶性意味着看似不同的两种描述方式,实际上在本质上是等价的。

这为我们理解超弦理论的复杂数学结构提供了新的视角和工具。

然而,超弦理论目前仍然面临着许多挑战和未解决的问题。

首先,由于其涉及的能量和尺度极其微小,目前的实验技术还无法直接验证超弦理论的预言。

其次,超弦理论的数学非常复杂,需要高深的数学工具和技巧来处理。

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超弦理论的争议
• 无法获得实验证明的原因之一是目前尚没 有人对弦理论有足够的了解而做出正确的 预测,另一个则是目前的高速粒子加速器 还不够强大。科学家们使用目前的和正在 筹备中的新一代的高速粒子加速器试图寻 找超弦理论里主要的超对称性学说所预测 的超粒子。
• 虽然历史上,弦理论是物理学的分支之一,但仍有一些人主张, 弦理论目前不可实验的情况,意味着它应该(严格地说)被更 多地归为一个数学框架而非科学。一个有效的理论,必须通过 实验与观察,并被经验地证明。不少物理学家们主张要通过一 些实验途径去证实弦理论。一些科学家希望借助欧洲核子研究 组织(CERN,Conseil European Pour Recherches Nucleaires)的大型强子对撞机,以获得相应的实验数据—— 尽管许多人相信,任何关于量子引力的理论都需要更高数量级 的能量来直接探查。此外,弦理论虽然被普遍认同,但它拥有 非常多的等可能性的解决方案。因此,一些科学家主张弦理论 或许不是可证伪的,并且没有预言的力量。
• 维尼基亚诺模型不久后被3个人几乎同时注意到, 他们是芝加哥大学的南部阳一郎,耶希华大学 (Yeshiva Univ)的萨斯金(Leonard Susskind)和玻尔 研究所的尼尔森(Holger Nielsen)。三人分别证明了, 这个模型在描述粒子的时候,它等效于描述一根一 维的“弦”!这可是非常稀奇的结果,在量子场论 中,任何基本粒子向来被看成一个没有长度也没有 宽度的小点,怎么会变成了一根弦呢?
• 弦理论(以及它的升级版超弦理论)认为所有的 亚原子粒子都并非是小点,而是类似于橡皮筋的 弦[1] 。与粒子类型的唯一区别在于弦振动的频 率差异[1] 。弦理论主要试图解决表面上的不兼 容的两个主要物理学理论——量子力学和广义相 对论——并欲创造的描述整个宇宙的“万物理 论”[1] 。然而这项理论非常难测试,并需要对 我们所描绘的宇宙进行一些调整,也即宇宙一定 存在比我们所知的四维空间更多的时空维度[1] 。 科学家认为这些隐藏的维度可能卷起到非常小以 至于我们没有发现它们
• 虽然这个结果出人意料,但加州理工的施瓦茨 (John Schwarz)仍然与当时正在那里访问的法国物 理学家谢尔克(Joel Scherk)合作,研究了这个理论 的一些性质。
• 在弦论最惨淡的日子里,只有施瓦茨和谢尔克两个 人坚持不懈地沿着这条道路前进。
• 1971年,施瓦茨和雷蒙(Pierre Ramond)等人合作,把 原来需要26维的弦论简化为只需要10维。这里面初步 引入了所谓“超对称”的思想
怎样证明超弦理论是正确的
• 在超弦理论当中,十一维空间中存在一个 额外维度,证明额外维度的存在就可以得 出我们生活的空间并非四维。
• 在日内瓦欧洲粒子研究中心建造的大型强 子对撞机,当粒子接近光速在隧道中反向 运动碰撞时,如果能量充足,部分残骸会 从我们的维度中喷出,进入其他维度。我 们如何观测到呢?测量撞击前后能量的变 化,如果能量减少了,说明能量逃逸了, 如果它们是以计算出的模式逃逸,就可以 证明额外维度的存在
• 值得注意的是,自弦论以来,我们开始注意到, 似乎量子论的结构才是更为基本的。以往人们喜 欢先用经典手段确定理论的大框架,然后在细节 上做量子论的修正,这可以称为“自大而小”的 方法。但在弦论里,必须首先引进量子论,然后 才导出大尺度上的时空结构!人们开始认识到, 也许“自小而大”才是根本的解释宇宙的方法。
• 这样一来,5种超弦就都被包容在一个统一的图像 中,物理学家们终于可以松一口气。这个统一的理论 被称为“M理论”。不管超弦还是M理论,它们都刚刚 起步,还有更长的路要走。虽然异常复杂,但是超弦 /M理论仍然取得了一定的成功,甚至它得以解释黑洞 熵的问题。M理论是“第二次超弦革命”的一部分, 如今这次革命的硝烟也已经散尽,超弦又进入一个蛰 伏期。PBS后来在格林的书的基础上做了有关超弦的 电视节目,在公众中引起了相当的热潮。或许不久就 会有第三次第四次超弦革命,从而最终完成物理学的 统一,我们谁也无法预见。
• 由于任何弦理论所作出的那些与其他理论都不同的预测都未经 实验证实的,该理论的正确与否尚待验பைடு நூலகம்。
谢谢~~
了最后的割席决裂,我们终于认识到,它们是互不
相容的,没法叫它们正常地结合在一起!物理学的
前途顿时又笼罩在一片阴影之中,相对论的支持者 固然不忿气,拥护量子论的人们也有些踌躇不前。
• 新希望出现在1968年,但却是由一个极为偶然的 线索开始的:它本来根本和引力毫无关系。那一年, CERN(欧洲核子物理研究所)的意大利物理学家 维尼基亚诺(Gabriel Veneziano)随手翻阅一本数学 书,在上面找到了一个叫做“欧拉β函数”的东西。 维尼基亚诺顺手把它运用到所谓“雷吉轨 迹”(Regge trajectory)的问题上面,作了一些计算, 结果惊讶地发现,这个欧拉早于1771年就出于纯数 学原因而研究过的函数,它竟然能够很好地描述核 子中许多强相对作用力的效应。
• 2006年,世界弦理论大会在中国举行。中国在 这个理论物理的前沿领地,没有较著名的科学家。
什么是超弦理论
• 弦理论是理论物理的一个分支学科。弦论的一个 基本观点是,自然界的基本单元不是电子、光子、 中微子和夸克之类的点状粒子,而是很小很小的 线状的“弦”(包括有端点的“开弦”和圈状的 “闭弦”或闭合弦)。弦的不同振动和运动就产 生出各种不同的基本粒子。弦论中的弦尺度非常 小,但操控它们性质的基本原理预言,存在着几 种尺度较大的薄膜状物体,后者被简称为“膜”。 直观的说,我们所处的宇宙空间可能是9+1维时 空中的D3膜。弦论是现在最有希望将自然界的基 本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。
到这个粒子之前,人们已经为它取好了名字,就叫 “引力子”(graviton)。可是,要是把所谓引力子和 光子等一视同仁地处理,人们马上就发现他们注定
要遭到失败。在量子场论内部,无论我们如何耍弄
小聪明,也没法叫引力子乖乖地听话:计算结果必 定导致无穷的发散项,无穷大!
• 在这场战争中我们初战告负,一切温和的统一之路 都被切断,量子论和广义相对论互相怒目而视,作
超弦理论浅谈
超弦理论的发展史 什么是超弦理论 怎样证明超弦理论是正确的 超弦理论的争议
超弦理论的发展史
1921 克鲁札—克莱因 1926年,爱因斯坦的同事克鲁札率先发表一篇论文,之 后波尔的同事克莱因加以改进,形成了克鲁札—克莱因 理论,这是个五次元的理论,试图结合马克思威尔的电 磁学方程式和爱因斯坦重力方程式,可说是超弦理论的 先声。然而,第五度空间是如此的小,甚至仅仅藏于普 朗克尺度之下只有10的负-30次方,一般的物理学家们对 于无法在近期做实验观测的理论不抱太多兴趣,克鲁 札—克莱因的五次元理论终于胎死腹中。
• 一直要到90年代中期,超弦才再次从沉睡中苏醒过来, 完成一次绝地反攻。这次唤醒它的是爱德华·威顿。在 1995年南加州大学召开的超弦年会上,威顿让所有的 人都吃惊不小,他证明了,不同耦合常数的弦论在本 质上其实是相同的!我们只能用微扰法处理弱耦合的 理论,也就是说,耦合常数很小,在这样的情况下5种 弦论看起来相当不同。但是,假如我们逐渐放大耦合 常数,它们应当是一个大理论的5个不同的变种!
• 当把他们的模型用于引力的时候,在计算引力的时候, 无穷大不再出现了!计算结果有限而且有意义
• “第一次超弦革命”由此爆发了,前不久还对超弦不 屑一顾,极其冷落的物理界忽然像着了魔似的,倾注 出罕见的热情和关注。
• 第一次革命过后,我们得到了这样一个图像:任何粒 子其实都不是传统意义上的点,而是开放或者闭合(头 尾相接而成环)的弦。当它们以不同的方式振动时,就 分别对应于自然界中的不同粒子(电子、光子……包括 引力子!)。我们仍然生活在一个10维的空间里,但是 有6个维度是紧紧蜷缩起来的,所以我们平时觉察不到 它。
• 在统一广义相对论和量子论的漫漫征途中,物理学 家一开始采用的是较为温和的办法。他们试图采用
老的战术,也就是在征讨强、弱作用力和电磁力时
用过的那些行之有效的手段,把它同样用在引力的
身上。在相对论里,引力被描述为由于时空弯曲而
造成的几何效应,而正如我们所看到的,量子场论
把基本的力看成是交换粒子的作用,比如电磁力是 交换光子,强相互作用力是交换胶子……等等。那 么,引力莫非也是交换某种粒子的结果?在还没见
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