弦理論的研究方法

⑴ 什麼是弦理論

弦理論試圖將20世紀物理學的兩大支柱——量子力學和愛因斯坦的相對論——與一個能夠解釋所有物理現實的總體框架結合起來。它試圖通過假設粒子實際上是一維的，類似於弦的實體來實現這一點，這些實體的振動決定了粒子的特性，例如它們的質量和電荷。

據牛津大學和英國皇家學會共同創建的一個關於弦理論的網站稱，這個違反直覺的想法最早出現在上世紀六七十年代，當時弦被用來模擬歐洲亞原子對撞機的數據。弦提供了一種優雅的數學方法來描述強大的力，宇宙中維系原子核的四種基本力之一。

這個話題多年來一直處於邊緣，直到1984年的「弦理論革命」，理論學家邁克爾·格林和約翰·施瓦茨提出了一些方程式，展示了弦是如何避免某些不一致性的，這些不一致性困擾著將粒子描述為點狀物體的模型。

弦理論最近面臨的挑戰來自於這個框架本身，它預測可能存在大量的獨特宇宙，多達10^500(即1後面跟著500個0)。這種多元宇宙景觀似乎提供了足夠的可能性，如果研究人員對它們進行探索，他們將會遇到一個與我們自己版本的現實相符的宇宙。一篇頗具影響力的論文提出，在這些無數假設的宇宙中，沒有一個看起來像我們的宇宙;具體來說，它們都缺乏我們目前所理解的暗能量的描述。

「弦理論學家提出了似乎無窮無盡的數學構造，它們與觀測沒有已知的關系，」德國法蘭克福高等研究所的物理學家薩比娜·霍森菲爾德此前在接受采訪時表示。霍森菲爾德一直對弦理論持批評態度。

⑵ 弦子理論

超弦理論介紹
| [<<] [>>]
1.什麼是物質組成的最終單元？

在過去的一百多年裡，物理學家已經發現了一連串越來越小和越來越基本的物質組成單元。這些研究成果最終被總結成為標准模型：輕子(象電子和中微子)、誇克以及將這些粒子捆綁在一起的電磁力、弱相互作用力。但是，標准模型並不是故事的結局，因為它實在是太復雜了，它本身並不能解釋一個比元素周期表還要復雜的基本粒子表以及它們之間的相互用力。

現在，弦理論家們普遍相信標准模型中的基本粒子實際上都是一些小而又小的振動的弦的閉合圈(稱為閉合弦或閉弦)，所有粒子都可由閉弦的不同振動和運動來得到，從本質上講，所有的粒子都是質地相同的弦。這一聽似奇怪的想法能夠解釋標准模型的許多粗曠輪廓和特性，但是在決定性實驗驗證弦理論之前，人們仍然有必要對它進行更深刻的認識和了解。

2.量子力學的原理和廣義相對論是相沖突的嗎？

量子力學和廣義相對論是二十世紀兩個非常成功的理論，但令人驚訝的是這兩個理論在現有的框架下是相沖突的。簡單說來，量子力學認為沒有任何東西是靜止不動的，任何東西都有起伏漲落(測不準原理)。廣義相對論認為時空是彎曲的，彎曲時空是萬有引力的起源。將這兩個理論結合就可以導出時空本身也是每時每刻都在經歷著量子的起伏漲落。在大多數情況下，這些漲落是很小很小的，但在一些極端情況下，比如說在極短距離下、在黑洞的視界附近，在大爆炸的初始時刻等等，這些量子漲落將變得非常重要。在這些情況下，我們現有的理論(量子力學和廣義相對論)是不適用的，只能得到一些結果為無窮大荒謬結論。很顯然，我們需要一個更完備的理論。

令人驚訝的是，從粒子物理學中發展起來的弦理論提供了這一問題的答案。在弦理論中，由於弦的延展性(一維而不是一個點)，引力和光滑的時空觀念在比弦尺度還小的距離下失去了意義，時空量子泡沬由「弦幾何」代替了。現在，用弦理論已經解決了有關黑洞量子力學問題的一些疑難。如何用弦理論來說明宇宙大爆炸的初始奇點仍然是一個沒有解決的大問題。

3.我們生活在11維時空嗎？

宇宙學告訴我們，我們肉眼看到的三個空間維數正在膨脹，由此可以推測它們曾經是很小和高度彎曲的。一個自然的可能性是；也許存在與我們觀測到的三個空間維數垂直的其它空間維數，這些額外空間維數曾經是但現在仍然是很小和高度彎曲的。如果這些維數的尺度是夠小，以我們現有的觀測手段仍不是以直接推測到，但是這些維數仍將以許多間接的效應表現出來。

特別地，這是一個強有力的統一觀念：在低維中觀測到的不同粒子也可能是同一種粒子，在額外維數空間中，它們都是同一粒子不同方向的運動的表現。實際上，額外維數還是弦理論不可分割的一部分：弦理論的數學方程要求空間是9維的，再加上時間維度總共是10維時空。更進一步的研究表明，由M理論給出的更完全的認識揭示了弦理論的第10維空間方向，因此理論的最大維數是11維。最近的一些發展還提出了我們也許生活在低維的膜上面，但是引力仍然是10維的，為了得到現實的3維引力，可以通過引入「影子膜」或者Randall-Sundrum機制。Randall-Sundrum機制是一種束縛引力的新方法，這時，額外維度可以不是很小很小的。通過觀測小距離情況下引力對平方反比定律的偏離，或者是在粒子加速上或者是通過超新星爆發中產生的粒子散射進入額外維度因而看起來象消失一樣等等奇怪的現象，也許我們現在就有能力探測到這些額外維度。弦理論不僅大大地拓展了人們的思維空間，將大大地拓展人們的活動空間。

基本原理：揭示微觀和宏觀的奧秘

愛因斯坦在生命的最後30年裡一直在尋找統一場論——一個能在單獨的包羅萬象的協和的數學框架下描寫自然界所有力的理論。愛因斯坦這樣做的動機不是我們常想的那些與科學研究緊密相關的東西，例如，為了解釋這樣或那樣的已知現象或實驗數據。實際上，驅使他的是一種關於自然界基本規律內在美的信念：對宇宙的最深刻認識將揭示它的最真實秘密，那就是，它所依賴的原理是簡單而有力的。愛因斯坦渴望以前人從未成功達到過的清晰來揭示宇宙活動的奧秘，由此而展示的自然界的動人美麗和優雅，將讓每一個第一次知道的人產生有生以來最強烈的敬畏、驚訝和震撼。

愛因斯坦從未實現他的夢，主要原因是當時人們對自然界的許多基本特徵還是未知的，或者知之甚少。但在過去的半個世紀，人們已構築起越來越完整的有關自然界的理論。當年，愛因斯坦滿懷熱情追求統一理論，卻空手歸來，如今，相當一部分物理學家相信他們終於發現了一個框架，有可能把這些知識縫合成一個無縫的整體——一個單一的理論，一個能描述一切現象的理論，這就是超弦理論「2006年國際弦理論會議」的主題。

弦理論或者超弦理論是那些像量子和誇克等等已經融入大眾詞典的諸多新科學專用詞彙之一，但它們卻很少能被人解釋清楚。即使會議的參加者也會告訴你，超弦理論像許多新興科學和研究領域一樣，涉及了許多高深前沿的數學領域，並不是很容易能把握的。超弦理論到底是什麼呢？首先，我們發現，弦理論描述自然界的活動還真有幾分科學幻想的成分。舉例來說，弦理論描述的世界並不是我們肉眼所看到的三維空間和一維時間。合理的解釋是那些額外的空間維數沒有被觀測到是因為它們很小很小。要理解弦理論的高維屬性並不困難。(參見《宇宙的琴弦》P.180～181)

在弦理論中就有許多極小的額外空間維數，因此，微觀世界並不像我們普遍感覺到的世界那麼簡單。在宏觀尺度上，弦理論也可能用來解釋宇宙大爆炸的開始和黑洞內部的行為，而這些問題是以前的物理理論包括愛因斯坦的廣義相對論都失效的地方。現在發展的弦理論是有關時間和空間的量子理論，因而此理論看起來也就顯得非常非常的奇怪。

弦理論的一個基本觀點就是自然界的基本單元不是像電子、光子、中微子和誇克等等這樣的粒子，這些看起來像粒子的東西實際上都是很小很小的弦的閉合圈(稱為閉合弦或閉弦)，閉弦的不同振動和運動就給出這些不同的基本粒子。因此弦理論從一些非常基本和簡單的單元就能得到宇宙的無窮變化和復雜性。在弦理論中，人們自然地可以得到規范對稱性、超對稱性和引力，而這些原理在原有的標准模型中或者是強加進去的或者是與量子理論相沖突的，在弦理論中它們都協和地統一起來了，並且是彼此需要、獨一無二的。

到現在為止還沒有人觀測到基本的弦。但正如多數參加「2006年國際弦理論會議」的人所相信的那樣，如果弦是真實的，那麼由愛因斯坦開創的廣義相對論和量子理論的完美結合就不是遙遙無期的奢望了。

弦理論的近期發展：第二次革命

如果說超弦理論的第一次革命統一了量子力學和廣義相對論，那麼近年來發生的弦理論的第二次革命則統一了五種不同的弦理論和十一維超引力，預言了一個更大的M理論的存在，揭示了相互作用和時空的一些本質，並暗示了時間和空間並不是最基本的，而是從一些更基本的量導出或演化形成的。M理論如果成功，那將會是一場人類對時空概念、時空維數等認識的革命，其深刻程度不亞於上個世紀的兩場物理學革命。

從科學研究本身看，研究引力的量子化及其與其他互相作用力的統一是自愛因斯坦以來國際著名物理學家的夢想，但由於該理論涉及的能量極高，不能進行直接實驗驗證。盡管如此，一些技術和方法的發展，啟發了很多新的物理思想，如解決能量等級問題的Randall-Sundrum模型和引力局域化，關於弦理論巨量可能真空的圖景想法和人擇原理等等。

近期天文和宇宙學觀察所取得的進展對弦理論的發展會起積極的促進作用。比如，近期觀察的宇宙加速膨脹所暗示的一個很小的但大於零的宇宙學常數(或暗能量)，為弦理論目前的發展提供了指導作用。反過來說，要在更深層次上理解近期的天體物理學觀察和暗能量，沒有一個基本的量子引力理論是行不通的，弦理論是目前僅有的量子引力理論的理想候選者。二者的結合不僅對弦理論的自身發展有著指導作用，同時對理解和解釋宇宙學觀察也有很大的促進作用

弦理論在中國：為第三次革命作準備

在超弦的第一、第二次革命，以及隨後的快速發展中，中國都未能在國際上起到應有的作用。我們在研究的整體水平上，與國際、與周邊國家如印度、日本、韓國，甚至和我國台灣地區相比都有一定的差距。內地學術界對弦理論的認識存在較大的分歧，一些有影響的物理學家，基於某種判斷，公開地發表「弦理論不是物理」的觀點。受他們的身份和地位的影響，這種觀點在中國更容易被大多數人接受，因而在某種程度上制約了弦理論在中國的研究和發展。

從教育和人才培養上看，我國的世界一流大學如北大、清華，在相當長的一個時期內都嚴重缺乏主要從事弦理論研究的人才，這種局面間接地制約了青年研究生的專業選擇，直接地造成了國內研究隊伍的青黃不接。

值得慶幸的是，在丘成桐教授的直接推動下，伴隨著浙江大學數學科學中心的成立，以及隨後該中心和中國科學院晨興數學中心每年舉辦的多次高水平專業會議，並邀請像安地·斯特羅明格這樣一流水平的學者到中心工作，大大地推動了國內弦理論方面的研究。

2002年底，在中國科技大學成立的交叉學科理論研究中心，目前已經發展為非常活躍和具有吸引力的研究中心。成立4年來，通過多次舉辦工作周和暑期學校，在超弦理論的人才培養和研究方面做了許多基礎性工作。在本次國際弦理論會議之前，國際理論物理中心和中國科學院交叉學科理論研究中心還舉辦了「亞太地區超弦理論暑期學校」，吸引了100多名參加者。

這種種現象都表明，中國的超弦理論研究，在平靜的外表下，正積蓄著旺盛的爆發潛力。很顯然，一個國家或一個研究團體的整體水平，與這個國家將會在科研上出現的突破性進展的機會是成正比的，這就是所謂「東方不亮西方亮」的道理，也是所謂科學研究文化的建設重要性所在。忽略科學研究文化的建設，單純追求諾貝爾獎，是一種急功近利的態度，其結果往往是「欲速則不達」。

擺在超弦理論研究面前的，是一幅廣闊的前景和一條艱難的道路，這是一條熱鬧又孤獨的旅程，它所涉及的問題對年輕的學生和學者，有著強大的魅力，同時它對研究人員的專業素養有著很高的要求。2006年國際弦理論會議，對我們來說，是一次機遇——壯大隊伍、提高水平，並隨著整體水平的不斷提高，在國際上佔有一席之地。我們正在為弦理論的第三次革命作準備，也期待著她的早日到來。

背景鏈接：弦理論擬解決的三大基礎物理學問題

什麼是物質組成的最終單元？

在過去的一百多年裡，物理學家已經發現了一連串越來越小和越來越基本的物質組成單元。這些研究成果最終被總結成為標准模型：輕子(像電子和中微子)、誇克以及將這些粒子捆綁在一起的電磁力、弱相互作用力。但是，標准模型並不是故事的結局，因為它實在是太復雜了，它本身並不能解釋一個比元素周期表還要復雜的基本粒子表以及它們之間的相互作用力。

現在，弦理論家們普遍相信標准模型中的基本粒子實際上都是一些小而又小的振動的弦的閉合圈(稱為閉合弦或閉弦)，所有粒子都可由閉弦的不同振動和運動來得到，從本質上講，所有的粒子都是質地相同的弦。這一聽似奇怪的想法能夠解釋標准模型的許多粗獷輪廓和特性，但是在決定性實驗驗證弦理論之前，人們仍然有必要對它進行更深刻的認識和了解。最近，人們對弦理論的數學結構的認識有了飛速的進展，發現了弦理論中的許多新組元(「膜」)和新概念(對偶性、全息原理、非對易幾何)。現在人們統稱弦理論和這些新引進的東西為M理論。

量子力學的原理和廣義相對論是相沖突的嗎？

量子力學和廣義相對論是20世紀兩個非常成功的理論，但令人驚訝的是這兩個理論在現有的框架下是相沖突的。簡單說來，量子力學認為沒有任何東西是靜止不動的，任何東西都有起伏漲落(測不準原理)。廣義相對論認為時空是彎曲的，彎曲時空是萬有引力的起源。將這兩個理論結合就可以導出時空本身也是每時每刻都在經歷著量子的起伏漲落。在大多數情況下，這些漲落是很小很小的，但在一些極端情況下，比如說在極短距離下、在黑洞的視界附近、在大爆炸的初始時刻等等，這些量子漲落將變得非常重要。在這些情況下，我們現有的理論(量子力學和廣義相對論)是不適用的，只能得到一些結果為無窮大荒謬結論。很顯然，我們需要一個更完備的理論。

令人驚訝的是，從粒子物理學中發展起來的弦理論提供了這一問題的答案。在弦理論中，由於弦的延展性(一維而不是一個點)，引力和光滑的時空觀念在比弦尺度還小的距離下失去了意義，時空量子泡沬由「弦幾何」代替了。現在，用弦理論已經解決了有關黑洞量子力學問題的一些疑難。如何用弦理論來說明宇宙大爆炸的初始奇點仍然是一個沒有解決的大問題。

我們生活在11維時空嗎？

宇宙學告訴我們，我們肉眼看到的三個空間維數正在膨脹，由此可以推測它們曾經是很小和高度彎曲的。一個自然的可能性是；也許存在與我們觀測到的三個空間維數垂直的其他空間維數，這些額外空間維數曾經是但現在仍然是很小和高度彎曲的。如果這些維數的尺度是夠小，以我們現有的觀測手段仍不是以直接推測到，但是這些維數仍將以許多間接的效應表現出來。

特別地，這是一個強有力的統一觀念：在低維中觀測到的不同粒子也可能是同一種粒子，在額外維數空間中，它們都是同一粒子不同方向的運動的表現。實際上，額外維數還是弦理論不可分割的一部分：弦理論的數學方程要求空間是9維的，再加上時間維度總共是10維時空。更進一步的研究表明，由M理論給出的更完全的認識揭示了弦理論的第10維空間方向，因此理論的最大維數是11維。最近的一些發展還提出了我們也許生活在低維的膜上面，但是引力仍然是10維的，為了得到現實的3維引力，可以通過引入「影子膜」或者Randall-Sundrum機制。Randall-Sundrum機制是一種束縛引力的新方法，這時，額外維度可以不是很小很小的。通過觀測小距離情況下引力對平方反比定律的偏離，或者是在粒子加速上或者是通過超新星爆發中產生的粒子散射進入額外維度因而看起來像消失一樣等等奇怪的現象，也許我們現在就有能力探測到這些額外維度。弦理論不僅大大地拓展了人們的思維空間，還將大大地拓展人們的活動空間。

2006年國際弦理論會議科學群星閃耀

此次會議是在弦理論系列會議國際委員會建議下，由中國科學院晨興數學中心、數學和系統科學研究院、理論物理研究所、浙江大學數學科學中心和美國自然科學基金會聯合資助舉辦的，參加會議的有來自世界各地的600多名專家，霍金教授、格羅斯教授、威騰教授和斯特羅明格教授等多位著名理論物理學家將應邀參加會議並在大會上作報告。

大衛·格羅斯(David Gross)教授

2004年諾貝爾物理學獎獲得者，2006年國際弦理論會議主席。現任美國加州大學Santa Barbara分校物理學教授，Kavli理論物理研究所所長，中科院理論物理所國際顧問委員會主席。格羅斯教授在理論物理，尤其是規范場、粒子物理和超弦理論等方面有一系列傑出的研究成果。他是強相互作用的基本理論——量子色動力學的奠基人之一。他還是「雜化弦理論」的發明人之一。1985年當選為美國科學與藝術學院院士，1986年當選美國國家科學院院士。

愛德華·威騰(Edward Witten)教授

國際著名理論物理學家，現任普林斯頓高等研究院教授，查爾斯·西蒙(Charles Simonyi)教授。他的研究遍布高能物理和數學物理的諸多方向，最擅長將近代數學與物理學研究的前沿問題結合起來，其應用的典範有：Wess-Zumino-Witten項與拓撲項、反常與指標定理、Dirac運算元與正能定理、超對稱與Morse理論等。他與Green和Schwarz教授合著的二卷本《超弦理論》自出版後一直是弦理論家的聖經。

斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)教授

當代享有盛譽的偉人之一，被稱為「活著的愛因斯坦」。他在解決20世紀物理學的兩個非常成功的理論——廣義相對論和量子理論的沖突方面走出了重要的一步。

1973年3月1日，霍金教授在《自然》雜志上發表論文，闡述了自己的新發現——黑洞是有輻射的(霍金輻射)。霍金的新發現被認為是多年來理論物理學最重要的進展。該論文被稱為「物理學史上最深刻的論文之一」。

安地·斯特羅明格(Andrew Strominger)教授

現任

哈佛大學教授，美國科學與藝術院院士，主要研究量子引力、弦理論和量子場論。在弦理論的研究中，斯特羅明格和他的合作者利用微觀黑洞的變輕和凝聚成功地描述了時空拓撲變化的相變過程。此外，斯特羅明格和同事瓦法(C. Vafa)成功地利用弦理論和統計力學，導出了黑洞的貝肯斯坦-霍金(Bekerstein-Hawking)熵公式，這一結果提示弦理論也許能最終解決霍金提出的黑洞信息丟失疑難。

丘成桐(Shing-tung Yau)教授

國際著名數學家，2006年國際弦理論會議主席。現任美國哈佛大學教授，美國科學院院士，中國科學院外籍院士。丘成桐教授在科研方面做出了傑出的成就，贏得了許多榮譽。更為可貴的是，他十分關注中國基礎研究的發展，並將其同自己的科研發展緊密聯系在一起，多年來，一直運用他在國際上的影響和活動能力，協同各方面力量，為中國數學的發展做了大量的工作。

下自神奇的網路

⑶ 你能解釋弦理論以及為什麼它是可能的嗎

倫納德·蘇斯金德，斯坦福大學理論物理學教授，斯坦福理論物理研究所主任。他被認為是弦理論之父之一，弦理論試圖用一個單一的數學框架來解釋物理，這在一定程度上引起了爭議。他是幾本關於宇宙學的科普書籍的作者。他與業余物理學家喬治·赫拉博夫斯基(George Hrabovsky)合著的新書《理論最小值》(The Theoretical Minimum)是想知道如何像物理學家一樣思考的讀者的入門書。

如果你問為什麼?!

從我們人體的核心結構來看。讓它是什麼?閃光，紅細胞，白細胞，細胞，細胞核，DNA，基因等縮小到縮小。所以，在那之後，你會在它身上一點點一點點的刺。相信我沒想要催眠你。但世界上的一切基本上都是由刺組成的。現在，把所有的場景放到空間里。空間也是由這些刺組成的。這個理論將量子力學和引力理論結合在一起。最著名科學家懸而未決的工作

⑷ 弦論這個大方向上上近來有哪些方面的研究

弦理論完成是四種最基本力的統一 以及宏觀力學和量子力學的統一 基本上是」能解釋一切的理論」 還有 現在沒有什麼弦理論了 原來的五個弦理論現在被統一成了M理論 要說它的真實性嘛 反正完全是數學推導的結果 沒有任何實驗證據 你可以完全把它當21世紀的新興哲學看 也可以當作是真實的 畢竟相對論也是這么推出來的 推薦兩部紀錄片bbc 平行宇宙pbs 弦理論和M理論第二部沒有字幕 但講得也要更透徹一些 我覺得對於一個文科生來講不算太難看懂吧話說沒幾天就高考了你還上網。。。

⑸ 簡述弦理論

弦理論（string theory），即弦論，是理論物理學上的一門學說。弦論的一個基本觀點就是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和誇克之類的粒子。這些看起來像粒子的東西實際上都是很小很小的弦的閉合圈（稱為閉合弦或閉弦），閉弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子。盡管弦論中的弦尺度非常小,但操控它們性質的基本原理預言,存在著幾種尺度較大的薄膜狀物體,後者被簡稱為"膜".直觀的說,我們所處的宇宙空間也許就是九維空間中的三維膜.弦論是現在最有希望將自然界的基本粒子和四種相互作用力統一起來的理論。（引自《環球科學》2007年第三期《宇宙是堆三角形？》和2007年第十二期《探尋多重宇宙的證據》）
弦理論是一門理論物理學上的學說。理論里的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段「能量弦線」，大至星際銀河，小至電子， 質子，誇克一類的基本粒子都是由這佔有二度空間的「能量線」所組成。中文的翻譯上，一般是譯作「弦」。
較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由只佔一度空間的「點」狀粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題，但是此理論所根據的「粒子模型」卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，「弦理論」的基礎是「波動模型」，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述「弦」狀物體，還包含了點狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。值得注意的是，弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的准確預測，關於這一點，以下內文會說明。

弦理論確信至少需要十個維度才能建立一個理論框架，讓引力與量子力學互相兼容。弦理論科學家假定，宇宙中所有粒子都被局限在一個四維的膜宇宙（brane)中，而膜宇宙又漂浮在一個更高維度的體宇宙（bulk)里。不過幾種特殊的粒子可以從膜宇宙中穿入穿出，其中最出眾的就是引力子和惰性中微子。
而在這次實驗中發生的情況十分符合弦理論模型。從而可以證明弦理論所預言的十維空間的正確性，也就肯定了弦理論。不過也有科學家謹慎地指出，這種相似性也許是一種離奇的巧合。MiniBooNE的研究人員正在重新審視他們的結果，以確定背景效應或分析失誤會不會影響他們對電子中微子的計數。與此同時，帕斯（弦理論科學家）和他的同事也在進一步修正他們的理論。帕斯承認：「我們的理論粗看上去有一點投機取巧。不過我認為，仔細討論一種可能的解釋，看看它是否被證實，這也是絕對必要的。」

2樓說的優雅世界 應該叫做<優雅的宇宙> 感謝提醒 有空我也要看看
http://ke..com/view/1807467.html?wtp=tt
PS 樓主感興趣的話 這里有在線看的地址:
http://www.ekan8.com/search.asp

⑹ 物理中弦理論是什麼

弦理論
弦理論是一門理論物理學上的學說。理論里的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段「能量弦線」，大至星際銀河，小至電子， 質子，誇克一類的基本粒子都是由這佔有二度空間的「能量線」所組成。中文的翻譯上，一般是譯作「弦」或「弦」。

較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由只佔ㄧ度空間的「點」狀粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題，但是此理論所根據的「粒子模型」卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，「弦理論」的基礎是「波動模型」，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述「弦」狀物體，還包含了點狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。值得注意的是，弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的准確預測，關於這一點，以下內文會說明。

弦理論是一門理論物理學上的學說。理論里的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段「能量弦線」，大至星際銀河，小至電子， 質子，誇克一類的基本粒子都是由這佔有二度空間的「能量線」所組成。中文的翻譯上，一般是譯作「弦」或「弦」。

較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由只佔ㄧ度空間的「點」狀粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題，但是此理論所根據的「粒子模型」卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，「弦理論」的基礎是「波動模型」，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述「弦」狀物體，還包含了點狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。值得注意的是，弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的准確預測，關於這一點，以下內文會說明。

發展歷史

弦理論的雛形是在1968年由Gabriele Veneziano發現。他原本是要找能描述原子核內的強作用力的數學公式，然後在一本老舊的數學書里找到了有200年之久的尤拉公式（Euler's Function），這公式能夠成功的描述他所要求解的強作用力。然而進一步將這公式理解為一小段類似橡皮筋那樣可扭曲抖動的有彈性的「線段」卻是在不久後由李奧納特·蘇士侃所發現，這在日後則發展出「弦理論」。

雖然弦理論最開始是要解出強作用力的作用模式，但是後來的研究則發現了所有的最基本粒子，包含正反誇克，正反電子，正反中微子等等，以及四種基本作用力「粒子」（強、弱作用力粒子，電磁力粒子，以及重力粒子），都是由一小段的不停抖動的能量弦線所構成，而各種粒子彼此之間的差異只是這弦線抖動的方式和形狀的不同而已。

弦理論與超弦理論

另外，「弦理論」這一用詞所指的原本包含了26度空間的玻色弦理論，和加入了超對稱性的超弦理論。在近日的物理界，「弦理論」 一般是專指「超弦理論」，而為了方便區分，較早的「玻色弦理論」則以全名稱呼。1990年代，愛德華·維頓提出了一個具有11 度空間的M理論，他和其他學者找到強力的證據，證明了當時許多不同版本的超弦理論其實是M理論的不同極限設定條件下的結果。這些發現帶動了第二次超弦理論革新

弦理論與大一統理論

弦理論會吸引這么多注意，大部分的原因是因為它很有可能會成為大一統理論。弦理論也可能是量子重力的解決方案之一。除了重力之外，它很自然的成功描述了各式作用力，包含了電磁力和其他自然界存在的各種作用力。超弦理論還包含了組成物質的基本粒子之一的費米子。至於弦理論能不能成功的解釋基於目前物理界已知的所有作用力和物質所組成的宇宙，這還是未知數。

物理或是哲學

在未獲實驗證實之前，弦理論是屬於哲學的范疇，不能完全算是物理學。無法獲得實驗證明的原因之一是目前尚沒有人對弦理論有足夠的了解而做出正確的預測，另一個則是目前的高速粒子加速器還不夠強大。

科學家們使用目前的和正在籌備中的新一代的高速粒子加速器試圖尋找超弦理論里主要的超對稱性學說所預測的超粒子。但是就算是超粒子真的找到了，這仍不能算是可以證實弦理論的強力證據，因為那也只是找到一個本來就存在於這個宇宙的粒子而已，不過這至少表示研究方向是正確的。

超弦理論
20世紀的物理學有兩次大的革命：一次是狹義相對論和廣義相對論，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合成量子場論，這是迄今為止最為成功的理論。粒子物理的標准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。廣義相對論也有長足的發展，在小至太陽系，大至整個宇宙范圍里，實驗觀測與理論很好地符合。但在極端條件下，引出了時空奇異，顯示了理論自身的不完善。就我們現在的認識水平，量子場論和廣義相對論是相互不自洽的，因此量子場論和廣義相對論應該在一個更大的理論框架里統一起來。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後自然地想到要統一當時公知的兩種相互作用－－萬有引力和電磁力。他花費了後半生近40年的主要精力去尋求和建立一個統一理論，但沒有成功。現在回過頭來看歷史，愛因斯坦的失敗並不奇怪。實際上自然界還存在另外兩種相互作用力－－弱力和強力。現在已經知道，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回事，愛因斯坦的廣義相對論是用物質影響空間的幾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曲了，而彎曲的空間決定粒子的運動。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，但這一嘗試卻遇到了原則上的困難－－量子化後的廣義相對論是不可重整的，因此，量子化和廣義相對論是相互不自洽的。

超弦理論是人們拋棄了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范理論不同的是，超弦理論要求引力存在，也要求規范原理和超對稱。毫無疑問，將引力和其他由規范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准模型的統一理論之後，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。

經過人們的研究發現，在十維空間中，實際上有5種自洽的超弦理論，它們分別是兩個IIA和IIB，一個規范為Apin(32)/Z2的雜化弦理論，一個規范群為E8×E8的雜化弦理論和一個規范為SO（32）的I型弦理論。對一個統一理論來說，5種可能性還是稍嫌多了一些。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年人們才得到一個比較完美的關於這5種超弦理論統一的圖像。

這一圖像可以有用上圖來表示。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別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合起來的過程中我閃也學到了對偶性和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了黑洞的熵和輻射，這是第一次從微觀理論出發，利用統計物理和量子力學的基本原理，嚴格了導出了宏觀物體黑洞的熵和輻射公式，毫無疑問地確立了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種超弦理論和十一維超引力統一到M理論無疑是成功的，但同是也向人們提出了更大的挑戰。M理論在提出時並沒有一個嚴格的數學表述，因此尋找M理論的數學表述和仔細研究M理論的性質就成了這一時期理論物理研究熱點。

道格拉斯（Douglas，MR）等人仔細研究了D－膜的性質，發現了在極短距離下，D－膜間的相互作用可以完全由規范理論來描述，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范理論的量子效應。基於這些結果，班克（Banks，T）等人提出了用零維D－膜（也稱點D－膜）作為基本自由度的M理論的一種基本表述－－矩陣理論。

矩陣理論是M理論的非微擾的拉氏量表述，這一表述要求選取光錐坐標系和真空背景至少有6個漸近平坦的方向。利用這一表述已經證明了許多偶性猜測，得到了一類新的沒有引力相互作用的具有洛侖茲不變的理論。如果我們將注意力放在能量為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范場理論。許多跡象表明，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合，因而可以完全忽略。所有這些結論都是在光錐坐標系和有限N下得到的，可以預期一個明顯洛侖茲不變的表述將是研究上述問題極有力的工具。具體來說，人們期望在如下問題的研究上取得進展：

（1）全同粒子的統計規范對稱性應從一個更大的連續的規范對稱性導出。

（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）當我們緊致化更多維數時，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）發散實際上是某些略去的自由度的紅外發散，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，這此自由度的性質是非常奇怪的。

（5）將M理論與宇宙學聯系起來。

顯然，沒有太多的理由認為矩陣理論是M理論的一個完美的表述。值得注意的是矩陣理論的確給出了許多有意義的結果，因此也必定有其物理上合理的成分，這很像本世紀初量子力學完全建立前的時期（那時，普良克提出能量量子導出黑體輻射公式，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發現了。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發更多更深地發掘其內涵。在這方面，超弦理論的研究又有了新的突破。

1997年底，馬爾達塞納（Maldacena）基於D－膜的近視界幾何的研究發現，緊化在AdS5×S5上的IIB型超弦理論與大N SU（N）超對稱規范理論是對偶的，有望解決強耦合規范場論方面一些基本問題如誇克禁閉和手征對稱破缺。早在70年代，特胡夫特（´t Hooft）就提出：在大N情況下，規范場論中的平面費曼圖將給出主要貢獻，從這一結論出發，波利考夫（Polyakov）早就猜測大N規范場論可以用（非臨界）弦理論來描述，現在馬爾塞納的發現將理論和規范理論更加具體化了。1968年維內齊諾（Veneziano）為了解決相互作用而提出了弦理論，發現弦理論是一個可以用來統一四種相互作用力的統一理論，對偶性的研究引出了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范理論（可以用來描敘強相互作用）聯系起來，從某種意義上來說，我們又回到了強相互作用的這一點，顯然我們對強相互作用的認識有了極大的提高，但是我們仍沒有完全解決強相互作用的問題，也沒有解決四種相互作用力的統一問題，因此對M理論、超弦理論和規范理論的研究仍是一個長期和非常困難的問題

⑺ 弦理論是不是真正的科學它是如何發展的

超勝弦理論是醫生科學？讓我們先談談答案。這肯定不是。UHR是20世紀60年代提出的宇宙最基本解釋的新理論。該理論認為，最小的材料單位不是稱為弦的小能量線段，而不是基本粒子。目前，我們所有的人都在空間體內眾所周知，如質子，中子和誇克等基本顆粒。此字元串非常小，包括端點的封閉字元串和圓圈關閉字元串。一維線段。超級弦理論出現在科學界。由於該理論有望統一相對主義和量子動態的矛盾，因此可以實現四種主要相互作用的統一，如材料世界，弱，電磁強度，重力，因此「問題理論」稱為「大統一」。「理論一些粒子模型，例如顆粒附近的地方，可以解釋一些無限大的現象，串理論的基礎是」波動模型「。