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目录 ·No. 1 ·No. 2 ·相关词 ·更多结果... No. 1 　　超弦理論(superstring theory)是物理學家追求統一理論的最自然的結果.阿爾伯特·愛因斯坦建立相對論之自然地想到要統一當時公知的兩相互作用--萬有引力和電磁力.他花費皇后半生近40年的主要精力去尋求和建立一個統一理論,但沒有成功.超弦理論它屬於弦理論的一種，也指狹義的弦理論。這裏的“超”有超對稱性的意思。為將玻色子和費米子統一，科學家預言這粒子，由於實驗條件的限，人們很難找到這能夠證明弦理論的粒子。超弦理論作為最為艱深的理論之一，吸引着很多理論研究者對它進行研究。 　　經過人們的研究現,在十維空間中,實際上有5自洽的超弦理論,它們分是兩個iia和iib,一個規為apin(32)/z2的雜化弦理論,一個規群為e8×e8的雜化弦理論和一個規為so(32)的i型弦理論.對一個統一理論來說,5可能性還是稍嫌多一些.因此,過去一直有一些從更一般的理論導出這些超弦理論的嘗試,但直到1995年人們得到一個比較完美的關於這5超弦理論統一的圖像. 　　ＮＥＷＳ速遞：最近由來自英國牛津大學的物理學教授賴恩·福斯（brian foster）特身着圍裙，正在用廚具演示超弦理論， 英國小提琴傑·黎貝（jack liebeck）則時而作為助手站在他的旁邊，遞給他形態不同的空心粉、漏等東西充當演示抽象的物理學原理的道具，時而為聽衆演奏巴赫的名麯。 　　這一幕於日前分在在州、上海、北京、重慶四個城市上演，這是一場被稱為 “超弦之音——琴迷阿爾伯特·愛因斯坦”的大型科普講座暨音樂演奏會，由英國文化協會和北京市科學技術委員會共同主辦。它巧妙地將阿爾伯特·愛因斯坦的現代物理學理念與他最喜愛的樂器小提琴結在一起，成為藝與科技聯袂的精彩試驗。 No. 2 　　20世紀的物理學有兩次大的革命：一次是狹義相對論和義相對論，它幾乎是愛因斯坦一人完成的；另一次是量子理論的建立。經過人們的努力，量子理論與狹義相對論成功地結成量子場論，這是迄今為止最為成功的理論。粒子物理的標模型理論預言電子的磁矩是1.001159652193個玻爾磁子，實驗給出的數值是1.001159652188，兩者在誤差是完全一致的，精確度達13位有效數值。義相對論也有長足的展，在小至太陽，大至整個宇宙圍，實驗觀測與理論很好地符。但在極端條件下，引出時空奇異，顯示理論自身的不完善。就我們現在的認識水平，量子場論和義相對論是相互不自洽的，因此量子場論和義相對論應該在一個更大的理論框架統一起來。現在這一更大的理論框架已初顯端倪，它就是超弦理論。 　　超弦理論是物理學家追求統一理論的最自然的結果。愛因斯坦建立相對論之自然地想到要統一當時公知的兩相互作用－－萬有引力和電磁力。他花費皇后半生近40年的主要精力去尋求和建立一個統一理論，但沒有成功。現在過頭來看歷史，愛因斯坦的失敗並不奇怪。實際上自然界還存在另外兩相互作用力－－弱力和強力。現在已經知道，自然界中總共4相互作用力除有引力之外的3都可用量子理論來描述，電磁、弱和強相互作用力的形成是用假設相互交換“量子”來解釋的。但是，引力的形成完全是另一事，愛因斯坦的義相對論是用物質影響空間的何性質來解釋引力的。在這一圖像中，彌漫在空間中的物質使空間彎麯，而彎麯的空間决定粒子的運動。人們也可以模仿解釋電磁力的方法來解釋引力，這時物質交換的“量子”稱為引力子，但這一嘗試卻遇到原則上的難－－量子化的義相對論是不可重整的，因此，量子化和義相對論是相互不自洽的。 　　超弦理論是人們拋棄基本粒子是點粒子的假設而代之以基本粒子是一維弦的假設而建立起來的自洽的理論，自然界中的各種不同粒子都是一維弦的不同振動模式。與以往量子場論和規理論不同的是，超弦理論要求引力存在，也要求規原理和超對稱。毫無疑問，將引力和其他由規場引起的相互作用力自然地統一起來是超弦理論最吸引人的特點之一。因此，從1984年底開始，當人們認識到超弦理論可以給出一個包容標模型的統一理論之，一大批才華橫溢的年輕人自然地投身到超弦理論的研究中去。 　　經過人們的研究現，在十維空間中，實際上有5自洽的超弦理論，它們分是兩個IIA和IIB，一個規為Apin(32)/Z2的雜化弦理論，一個規群為E8×E8的雜化弦理論和一個規為SO（32）的I型弦理論。對一個統一理論來說，5可能性還是稍嫌多一些。因此，過去一直有一些從更一般的理論導出這些超弦理論的嘗試，但直到1995年人們得到一個比較完美的關於這5超弦理論統一的圖像。 　　這一圖像可以有用上圖來示。存在一個唯一的理論，姑且稱其為M理論。M理論有一個很大的模空間（各種可能的真空構成的空間）。5已知的超弦理論和十一維超引力都是M理論的某些極限區域或是模空間的邊界點（圖中的尖點）。有關超弦對偶性的研究告訴我們，沒有模空間中的哪一區域是有於其他區域而顯得更為重要和基本的，每一區域都僅僅是能較好地描述M理論的一部分性質。但是，在將這些不同的描述自洽地柔起來的過程中我們也學到對偶性和M理論的許多奇妙性質，尤其是各種D－膜相互轉換的性質。 　　在此我們不得不提到超弦理論成功地解釋黑洞的熵和輻射，這是第一次從微觀理論出，利用統計物理和量子力學的基本原理，嚴格導出宏觀物黑洞的熵和輻射公式，毫無疑問地確立超弦理論是一個關於引力和其他相互作用力的正確理論。 　　將5超弦理論和十一維超引力統一到M理論無疑是成功的，但同是也人們提出更大的挑戰。M理論在提出時沒有一個嚴格的數學述，因此尋找M理論的數學述和仔細研究M理論的性質就成這一時期理論物理研究熱點。 　　道格拉斯（Douglas，MR）等人仔細研究D－膜的性質，現在極短距離下，D－膜間的相互作用可以完全由規理論來描述，這些相互作用也包括引力相互作用。因此，極短距離下的引力相互作用實際上是規理論的量子效應。基於這些結果，班（Banks，T）等人提出用零維D－膜（也稱點D－膜）作為基本自由度的M理論的一種基本述－－矩陣理論。 　　矩陣理論是M理論的非微擾的拉氏量述，這一述要求選取光錐坐標和真空背景至少有6個漸近平坦的方向。利用這一述已經證明許多偶性猜測，得到一類新的沒有引力相互作用的具有洛侖茲不變的理論。如果我們將註意力放在能量為1/N量級的態（N為矩陣的行數或列數），在N趨於無窮大的極限下，可以導出一類通常的規場理論。許多跡象明，在大N極限下，理論將變得更簡單，許多有限N下的自由度將不與物理的自由度耦，因而可以完全忽略。所有這些結論都是在光錐坐標和有限N下得到的，可以預期一個明顯洛侖茲不變的述將是研究上述問題極有力的工具。具來說，人們期望在如下問題的研究上取得進展： 　　（1）全同粒子的統計規對稱性應從一個更大的連續的規對稱性導出。 　　（2）時空的存在應與超對稱理論中玻色子和費米子貢獻相消相關聯。 　　（3）當我們緊化更多維數時，理論中將出現更多的自由度，如何從量子場論的觀點理解這一奇怪的性質？ 　　（4）有效引力理論的短距離（紫外）散實際上是某些略去的自由度的紅外散，這些自由度對應於延伸在兩粒子間的一維D－膜，從場論的觀點來看，這些自由度的性質是非常奇怪的。 　　（5）將M理論與宇宙學聯繫起來。 　　顯然，沒有太多的理由認為矩陣理論是M理論的一個完美的述。值得註意的是矩陣理論的確給出許多有意義的結果，因此也必定有其物理上理的成分，這很像本世紀初量子力學完全建立前的時期（那時，普朗提出能量量子導出黑輻射公式，玻爾提出軌道量子化給出氫原子光譜），一些有關一個全新理論的跡象和物理內涵已經被人們現。但是，我們離真正建立一個完美自洽M理論還相距甚遠，因此有必要從超弦理論出更多更深地掘其內涵。在這方面，超弦理論的研究又有新的突破。 　　1997年底，馬爾達塞納（Maldacena）基於D－膜的近視界何的研究現，緊化在AdS5×S5上的IIB型超弦理論與大N SU（N）超對稱規理論是對偶的，有望解决強耦規場論方面一些基本問題如誇禁閉和手對稱破缺。早在70年代，特夫特（´t Hooft）就提出：在大N情況下，規場論中的平面費曼圖將給出主要貢獻，從這一結論出，波利考夫（Polyakov）早就猜測大N規場論可以用（非臨界）弦理論來描述，現在馬爾塞納的現將理論和規理論更加具化。1968年維內齊諾（Veneziano）為瞭解决相互作用而提出弦理論，現弦理論是一個可以用來統一四相互作用力的統一理論，對偶性的研究引出M理論，現在馬爾達塞納的研究又將M理論和超弦理論與規理論（可以用來描敘強相互作用）聯繫起來，從某意義上來說，我們又到強相互作用的這一點，顯然我們對強相互作用的認識有極大的提高，但是我們仍沒有完全解决強相互作用的問題，也沒有解决四相互作用力的統一問題，因此對M理論、超弦理論和規理論的研究仍是一個長期和非常難的問題。 　　超弦理論認為，在每一個基本粒子內部，都有一根細細的綫在振動，就像琴弦的振動一樣，因此這根細細的綫就被科學家形象地稱為“弦”。我們知道，不同的琴弦振動的模式不同，因此振動産生的音調也不同。類似的道理，粒子內部的弦也有不同的振動模式，不過這弦的振動不是産生音調，而是産生一個個粒子。換言之，每個基本粒子是由一根弦組成。 　　超弦理論認為，粒子並不存在，存在的是弦在空間運動；各種不同的粒子衹不過是弦的不同振動模式而已。自然界中所生的一切相互作用，所有的物質和能量，都可以用弦的分裂和結來解釋。 　　弦的運動是非常雜，以至於三維空間已經無法容納它的運動軌跡，必須有高達十維的空間才能滿足它的運動，就像人的運動雜到無法在二維平面中完成，而必須在三維空間中完成一樣。 　　這裏的“超”有超對稱性的意思。為將玻色子和費米子統一，科學家預言這粒子，由於實驗條件的限，人們很難找到這能夠證明弦理論的粒子。超弦理論作為最為艱深的理論之一，吸引着很多理論研究者對它進行研究。 相关词 物理 粒子 高能物理 量子物理 天文學 太極圖 宇宙模型 宇宙弦