浅谈超弦M-理论及其进展

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1、浅谈超弦/M-理论及其进展了解物理世界的基本出发点：构成物质世界的‘基本单元’及其之间的相互作用四种相互作用引力电磁力弱相互作用力强相互作用力1.Gravity3.WeakinteractionNewtonBeta(radioactive)decaySunisshining2.Electromagnetism4.StronginteractionFaradayHoldnucleitogether为什么要研究引力的量子行为？理解极强引力场比如黑洞奇点附近的物理极早期宇宙（<10－43s）的物理时空的本质及其量子涨落探讨暗能量、暗物质的本质和性质暗物质暗能量大尺度上的引力性质甚

2、高能高密实验室普朗克能标物理暴涨场引力波“Dark”UniverseRecentastrophysicsdatatoldusthatourUniverseismadeof:startsandgalaxies(ordinarymatter)0.5%Restofordinarymatter4.5%Darkmatter(notordinarymatter)25%DarkEnergy(fillingupemptyspace)70%The“sky”ismademostlybysomethingotherthanordinarymatter.“Dark”Universe近期宇宙

3、学观察告知我们的宇宙的物质组分：～73％暗能量～22％暗物质～5％普通发光物质量子场论对‘基本’粒子及其相互作用提供了非常成功的描述但对引力的描述失效原因：紫外发散不能通过所谓的标准重正化使其成为有限量子力学＋狭义相对论量子场论光子正电子电子基本假设：所有‘基本’粒子为没有大小的点粒子rQ1Q2RV（r）＝Q1Q2r2R≥rV（r），r0点粒子极限R0V（r）＝Q1Q2rr≥0∞重整化：使得这种发散重新变得有限超弦理论是解决引力量子化并将引力与弱相互作用力、电磁力和强相互作用力统一的一种尝试两种弦结构：弦理论的基本思想：自然界观察到的不同的基本粒子对应一维弦的不同振动模这些

4、粒子的不同性质对应该弦的不同量子态特别：开弦包括零质量的规范矢量模，因此具有传播规范相互作用的潜力。闭弦包括零质量两指标的对称张量模，因此具备传播引力相互作用的潜力。一个量子意义上微扰自洽的弦论：不应有紫外发散出现其粒子譜中应有一个具有与通常引力子相同性质的粒子该理论应将量子力学、规范理论和广义相对论统一在同一理论框架内超弦第一次革命（84－85）：建立了五种微扰意义上自洽的量子弦理论（TypeIIA、IIB，TypeI（规范群SO（32）），杂交弦（规范群SO（32）或规范群E8xE8））每一种弦理论的自洽性要求（1＋9）－维时空和时空超对称（1＋9）得到包含SU(3)x

5、SU(2)xU(1)的规范群手征费米子三代轻子和夸克N＝1超对称（1＋3）Calabi-Yau紧致化FinalTheory?(TheoryofEverything?)TOE存在很多疑惑：比如太富有问题——一个现实世界但有五种自洽的理论存在可能的答案：五种微扰弦理论尽管表明上不同但实际上是物理上等价的每一种弦理论，尽管将量子力学和广义相对论统一起来，仍不是描述自然的最终统一理论而仅仅为一个更基本、唯一理论的一个特殊方面建立上述任一可能性要求我们研究这些弦理论的非微扰性质检验问题：弦理论具有自然能标：Mpl~1019GeV和10维时空对该理论的最小检验是（1＋9）（1＋3）可观

6、的物理即粒子物理的标准模型然而至目前我们还没有找到一种紧致化使得微扰弦论从定量上与标准模型一致这也表明，如果弦理论与现实世界有关(?)，我们的世界一定处于弦理论的非微扰区域一个渐进理论能成为终极理论吗？如果微扰弦理论是终极理论，可能的输入量应是光速、Planck常数和弦张力加上可能的初始条件（边界条件？），其它都应由其动力学决定，特别是弦真空态。然而，对五种微扰弦的每一种，我们都假定平坦时空和弦耦合常数g<<1总结：要理解上述每一种疑惑，我们需要研究弦论的非微扰行为即弦的耦合常数g>=1最简单的非微扰信息是一维弦的孤子譜研究发现：弦理论除一维弦本身外，它还有－个5维的称为N

7、SNS5－膜的孤子和一类p维称为Dp-膜的孤子，这里（p=0,1,…9).如果取微扰弦的能标Ms为1，对应的NSNS5－膜能标MNS5＝1/g1/3，Dp-膜的能标MDp＝1/g1/（1＋p）膜能标F－弦1NSNS5－膜1/g1/3Dp-膜1/g1/（1＋p）(p=0,1,...9)如果弦耦合常数g>=1,MF>=MD9>=MD8>=MD7>=MD6>=MD5>=MD4>=MD3>=MNS5=MD2>=MD1>=MD0非微扰弦理论包括：不仅仅一维弦及其相应的动力学，还必须包括其它高维膜及其相应的动力学。特别：当弦耦