七陈薛华小组.PPT

　 ……可惜时不我待，爱因斯坦未能圆梦。　 差不多半个多世纪后的今天，爱因斯坦那物理定律大一统的目标：一个包罗万象的理论，已经成为今天物理学界中的圣杯。而我们在想，这套叫弦理论的全新概念，或可圆爱因斯坦的梦。不过若这革命性的理论是对的话，可能会令我们震惊。　　弦理论说宇宙就像大型宇宙交响乐，这些振动的能量，奏出无穷无尽音符，此起彼落。　　弦理论仍在发展，它呈现出一个全新的宇宙面貌，一个即奇特又美丽的新貌。 那么弦理论是什么？他的美丽之处又在哪儿呢？ 　　 七（8）陈薛华小组 目录 坎坷之路 革命 膜理论 坎坷之路 1968年，加布里埃尔研究出欧拉公式（欧拉贝塔函数）与强核力有关，可他并不知道有为什么欧拉公式与强核力有关。后由南部阳一郎、尼尔森、萨金斯等人加以证明如果将两个粒子之间的强核力用一根连接粒子的极其细小的如同橡胶管一样的绳子来解释的话，就可以阐明此公式与强核力的关系。不过这一发现并未掀起普遍性的轰动，在研究大量有关强核力的实验后，人们发现弦论的方法并不能非常精确的符合实验的结果。接下来量子色动力学（QCD）出现了，这个基于传统粒子和场——而不是弦——的理论可以令人信服的解释所有的实验数据。所以到了1974年，至少乍看起来，弦论遭受了重大的打击。 施瓦茨，一个弦论最早的狂热者之一，与谢尔克大胆地提出弦论不该被看做是强核力的量子理论，而应该是引力的量子理论。并于1974年发表论文，可是无人问津。他仍旧态度坚决。20世纪70年代末至80年代初，他与格林合作来解绝决弦论的某些技术性问题，如反常（通过破坏某些不可撼动的守恒律来毁掉一个量子理论）终于，在1984年，他把在量子领域中，所有可能的反常通过完整的计算抵消了。这一次，其他物理学家们终于认真听他们的报告了。20世纪80年代中期，格林和施瓦茨带着明确的、数学上自洽的、美学上也受欢迎的弦论猛地出现在人们的面前，来告诉人们如何解决广义相对论与量子力学的合并问题。几乎一夜之间弦论的研究者由原来的2人变成上千人。第一次超弦革命来了。 革命 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。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。想象一根水管，如果你从很远的地方看它，它细得就像一条线，只有1维的结构。但当真把它放大来看，你会发现它是有横截面的！这第2个维度被卷曲了起来，以致于粗看之下分辨不出。在超弦的图像里，我们的世界也是如此，有6个维度出于某种原因收缩得非常紧，以致粗看上去宇宙仅仅是4维的(3维空间加1维时间)。但如果把时空放大到所谓“普朗克空间”的尺度上(大约10^-33厘米)，这时候我们会发现，原本当作是时空中一个“点”的东西，其实竟然是一个6维的“小球”！这6个卷曲的维度不停地扰动，从而造成了全部的量子不确定性。 这次革命使得超弦声名大振，隐然成为众望所归的万能理论候选人。可是，人们自然而然地问，为什么有6个维度是蜷缩起来的？这6个维度有何不同之处？为什么不是5个或者8个维度蜷缩？这种蜷缩的性质是怎样的？有没有办法证明它？因为弦的尺度是如此之，所以人们缺乏必要的技术手段用实验去直接认识它，而且弦论的计算是如此繁难，不用说解方程，就连方程本身我们都无法确定，而只有采用近似法！更糟糕的是，当第一次革命过去后，人们虽然大浪淘沙，筛除掉了大量的可能的对称，却仍有5种超弦理论被保留了下来，每一种理论都采用10维时空，也都能自圆其说。这5种理论究竟哪一种才是正确的？人们一鼓作气冲到这里，却发现自己被困住了。弦论的热潮很快消退，许多人又回到自己的本职领域，第一次革命尘埃落定。 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。展开了“第二次超弦革命”这次唤醒它的是爱德华·威腾。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，存在着一个更为基本的理论，现有的5种超弦理论都是它在不同情况的极限，它们是互相包容的！这就像那个著名的寓言——盲人摸象。有人摸到鼻子，有人摸到耳朵，有人摸到尾巴，虽然这些人的感觉非常不同，但他们摸到的却是同一头象——只不过每个人都摸到了一部分而已！这样一来，5种超弦就都被包容在一个统一的理论中，在M理论中，时空变成了11维，由此可以衍生出所有5种10维的超弦论来。事实上，由于多了一维，我们另有一个超引力的变种，因此一共是6个衍生品！这时候我们再考察时空的基本结构，会发现它并非只能是1维的弦，而同样可能是0维的点，2维的膜，或者3维的……实际上，这个基本结构可能是任