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超弦介紹
（作者未知） 2011/8/30
20世紀(jì)的物理學(xué)有兩次大的革命：一次是狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論，它幾乎是愛(ài)因斯坦一人完成的；另一次是量子理論的建立。經(jīng)過(guò)人們的努力，量子理論與狹義相對(duì)論成功地結(jié)合成量子場(chǎng)論，這是迄今為止最為成功的理論。粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型理論預(yù)言電子的磁矩是1.001159652193個(gè)玻爾磁子，實(shí)驗(yàn)給出的數(shù)值是1.001159652188，兩者在誤差是完全一致的，精確度達(dá)13位有效數(shù)值。廣義相對(duì)論也有長(zhǎng)足的發(fā)展，在小至太陽(yáng)系，大至整個(gè)宇宙范圍里，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)與理論很好地符合。但在極端條件下，引出了時(shí)空奇異，顯示了理論自身的不完善。就我們現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)水平，量子場(chǎng)論和廣義相對(duì)論是相互不自洽的，因此量子場(chǎng)論和廣義相對(duì)論應(yīng)該在一個(gè)更大的理論框架里統(tǒng)一起來(lái)�，F(xiàn)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(xué)家追求統(tǒng)一理論的最自然的結(jié)果。愛(ài)因斯坦建立相對(duì)論之后自然地想到要統(tǒng)一當(dāng)時(shí)公知的兩種相互作用－－萬(wàn)有引力和電磁力。他花費(fèi)了后半生近40年的主要精力去尋求和建立一個(gè)統(tǒng)一理論，但沒(méi)有成功�，F(xiàn)在回過(guò)頭來(lái)看歷史，愛(ài)因斯坦的失敗并不奇怪。實(shí)際上自然界還存在另外兩種相互作用力－－弱力和強(qiáng)力�，F(xiàn)在已經(jīng)知道，自然界中總共4種相互作用力除有引力之外的3種都可有量子理論來(lái)描述，電磁、弱和強(qiáng)相互作用力的形成是用假設(shè)相互交換“量子”來(lái)解釋的。但是，引力的形成完全是另一回事，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論是用物質(zhì)影響空間的幾何xx質(zhì)來(lái)解釋引力的。在這一圖像中，彌漫在空間中的物質(zhì)使空間彎曲了，而彎曲的空間決定粒子的運(yùn)動(dòng)。人們也可以模仿解釋電磁力的方法來(lái)解釋引力，這時(shí)物質(zhì)交換的“量子”稱(chēng)為引力子，但這一嘗試卻遇到了原則上的困難－－量子化后的廣義相對(duì)論是不可重整的，因此，量子化和廣義相對(duì)論是相互不自洽的。
超弦理論是人們拋棄了基本粒子是點(diǎn)粒子的假設(shè)而代之以基本粒子是一維弦的假設(shè)而建立起來(lái)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(dòng)模式。與以往量子場(chǎng)論和規(guī)范理論不同的是，超弦理論要求引力存在，也要求規(guī)范原理和超對(duì)稱(chēng)。毫無(wú)疑問(wèn)，將引力和其他由規(guī)范場(chǎng)引起的相互作用力自然地統(tǒng)一起來(lái)是超弦理論最吸引人的特點(diǎn)之一。因此，從1984年底開(kāi)始，當(dāng)人們認(rèn)識(shí)到超弦理論可以給出一個(gè)包容標(biāo)準(zhǔn)模型的統(tǒng)一理論之后，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了。
經(jīng)過(guò)人們的研究發(fā)現(xiàn)，在十維空間中，實(shí)際上有5種自洽的超弦理論，它們分別是兩個(gè)IIA和IIB，一個(gè)規(guī)范為Apin(32)/Z2的雜化弦理論，一個(gè)規(guī)范群為E8×E8的雜化弦理論和一個(gè)規(guī)范為SO（32）的I型弦理論。對(duì)一個(gè)統(tǒng)一理論來(lái)說(shuō)，5種可能xx還是稍嫌多了一些。因此，過(guò)去一直有一些從更一般的理論導(dǎo)出這些超弦理論的嘗試，但直到1995年人們才得到一個(gè)比較完美的關(guān)于這5種超弦理論統(tǒng)一的圖像。
這一圖像可以有用上圖來(lái)表示。存在一個(gè)唯一的理論，姑且稱(chēng)其為M理論。M理論有一個(gè)很大的�？臻g（各種可能的真空構(gòu)成的空間）。5種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(qū)域或是�？臻g的邊界點(diǎn)（圖中的尖點(diǎn)）。有關(guān)超弦對(duì)偶xx的研究告訴我們，沒(méi)有模空間中的哪一區(qū)域是有別于其他區(qū)域而顯得更為重要和基本的，每一區(qū)域都僅僅是能較好地描述M理論的一部分xx質(zhì)。但是，在將這些不同的描述自洽地柔合起來(lái)的過(guò)程中我閃也學(xué)到了對(duì)偶xx和M理論的許多奇妙xx質(zhì)，尤其是各種D－膜相互轉(zhuǎn)換的xx質(zhì)。
在此我們不得不提到超弦理論成功地解釋了黑洞的熵和輻射，這是第一次從微觀理論出發(fā)，利用統(tǒng)計(jì)物理和量子力學(xué)的基本原理，嚴(yán)格了導(dǎo)出了宏觀物體黑洞的熵和輻射公式，毫無(wú)疑問(wèn)地確立了超弦理論是一個(gè)關(guān)于引力和其他相互作用力的正確理論。
將5種超弦理論和十一維超引力統(tǒng)一到M理論無(wú)疑是成功的，但同是也向人們提出了更大的挑戰(zhàn)。M理論在提出時(shí)并沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表述，因此尋找M理論的數(shù)學(xué)表述和仔細(xì)研究M理論的xx質(zhì)就成了這一時(shí)期理論物理研究熱點(diǎn)。
道格拉斯（Douglas，MR）等人仔細(xì)研究了D－膜的xx質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了在極短距離下，D－膜間的相互作用可以完全由規(guī)范理論來(lái)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(shí)際上是規(guī)范理論的量子效應(yīng)。基于這些結(jié)果，班克（Banks，T）等人提出了用零維D－膜（也稱(chēng)點(diǎn)D－膜）作為基本自由度的M理論的一種基本表述－－矩陣?yán)碚摗?br>
矩陣?yán)碚撌荕理論的非微擾的拉氏量表述，這一表述要求選取光錐坐標(biāo)系和真空背景至少有6個(gè)漸近平坦的方向。利用這一表述已經(jīng)證明了許多偶xx猜測(cè)，得到了一類(lèi)新的沒(méi)有引力相互作用的具有洛侖茲不變的理論。如果我（未完，下一頁(yè)）
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