量子力学：弦理论还只是停留在纸上的理论

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1、第四十四章：超弦理论，弦理论还只是停留在纸上的理论量子力学除了标准模型，还发展岀一些理论，试图把引力囊括进入一个大体系。我们这一章要介绍的弦理论,超弦理论就是这样的理论。弦理论，又称弦论，是发展中理论物理学的一支,结合量子力学和广义相对论为万有理论。弦理论用一段段〃能量弦线〃作最基本单位以说明宇宙里所有微观粒子如电子、质子及夸克都由这一维的〃能量线〃所组成。较早时期所建立的粒子学说则是认为所有物质是由零维的点粒子所组成，也是目前广为接受的物理模型，也很成功的解释和预测相当多的物理现象和问题，但是此理论所根据的粒子模型却遇到一些无法解释的问题。比较起来,弦理论的基础是波动模型，因

2、此能够避开前一种理论所遇到的问题。更深的弦理论学说不只是描述弦状物体,还包含了点状、薄膜状物体,更高维度的空间，甚至平行宇宙。弦理论目前尚未能做出可以实验验证的准确预测。首先我的观点是不太看好弦理论，尤其是关于高维度空间。但弦理论以波动模型发展,还是有值得标准模型借鉴的理论。所以对于新思维，新事物,新理论,我们还是要多了解一下。万象变幻,和而不同。而且要懂这理论的人,也都很牛叉。起码高等数学,高等物理学的比我们一般人溜的很。——灵遁者那么来了解一下弦理论的发展历史吧。有了前面40多章的内容z大家基本还是读懂的。弦理论的雏开彳是在1968年由维内奇诺(英语:GabrieleVen

3、eziano)发明。有说法称，他原本是要找能描述原子核内的强作用力的数学函数,然后在一本老旧的数学书里找到了有200年历史的欧拉贝塔函数,这函数能够描述他所要求解的强作用力。但根据维内奇诺本人的说法，这个函数是他多年努力的纟吉果，而那些”偶然发现”以及"从数学书中发现"的传言令他本人很不高兴。不久后李奥纳特•萨斯坎德发现,这函数可理解为一小段类彳以橡皮筋那样可扭曲抖动的有弹性的〃线段〃，这在日后则发展成〃弦理论〃O目前弦论学家普遍认为强子散射振幅公式是弦论的开端，此一公式即来自于「函数与B函数,描述两个强子一开始是两条弦,然后融合成一条，再分裂出两条。在这些弦扫过的区域称为世界

4、面,可以用量子力学算这整个过程的概率振幅。另外,同在CERN工作的铃木真彦(MahikoSuzuki)几乎同时而又独立地查阅相关资料，并且也发现了贝塔函数，当他耳各该消息告诉CERN的一位资深物理学家后，得到的应却是:〃另一个年轻物理学家(即维内奇诺)已经在几个星期前发现了相同的函数。〃并劝铃木不要发表他的结果。弦论除了可以解释强作用力，也能消除点粒子的无穷大问题。由于粒子的相互作用可以用费曼图描述撚而粒子的相互作用点却等同于奇点,换句话说，它会引起无穷大的问题。//,、、7录遍者虽然量子场论中的重整化理论可以解决无穷大,然而在量子的微观尺度，却是充满随机的量子涨落,结构层次的

5、改变将使得重整化无法适用。这是因为广义相对论中传递重力的介质可以视为整体时空,当时空背景为量子尺度时，结构彳各会不稳定，且若将量子力学的计算方式强行套用在广义相对论则会产生限制。因此,若用弦来描述粒子相互作用的费曼图,基本上不会产生奇点，这是由于弦的运动轨迹是世界面。故弦论为量子引力的候选者，有望完成物理界所追求的万有理论。虽然弦理论最开始是要解出强作用力的作用模式/旦是后来的硏究则发现了所有的粒子（含反粒子），如正反夸克，正反电子（电子、正电子）,正反中微子等等,以及四种基本作用力粒子（胶子、中间玻色子、光子、引力子），都能用类似方法表示成一小段的不停振动的能量弦线，而各种粒

6、子彼此之间的差异只是这弦线的长度、振动参数和形状的不同而已。最早期的弦论叫做玻色弦理论,南部阳一郎给予最早的作用量,但是该作用量在场论的框架内难以量子化。此后亚历山大•泊里雅科夫给予一个等效的作用量，其几何含义是把时空坐标视为一个世界面的标量场,并且在世界面上满足广义相对论的一般坐标变换规则。除此之外，如果要求这个作用量同时满足在外尔变化下不变，那么自然的会要求这个世界面是一个二维的曲面。我舉用罠后一玦豉采下这世界上关于我的希有微芙!V1W1111I、AT<玻色弦理论是最简单的一个弦论的模型，它最重要的物理图像是认为物理粒子不是单纯的点粒子,而是由于弦的振动产生的激发态。显然它

7、有很大的缺点,其一是它只简单描述标量玻色子,没有将费米子引入框架内;其二没有包含一般量子场论中的规范对称性；其三是当研究它的质量谱时候发现，它的真空态是一组质量平方小于零的不稳定快子。所有这些问题在推广到超弦理论后得到很好的解释。后面会给大家介绍超弦理论。1995年,加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的约瑟夫•波尔钦斯基发现弦理论一个相当晦涩的特点。他发现开放的弦的端点（开弦）在陷在某些特别的时空区域时无法完全自由地移动。波尔钦斯基随后猜测这些特殊的空间正式被P膜所占据。这些〃黏性〃的膜就叫做狄利