6.超弦理论简介

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1、6、超弦理论简介把四种力场进行统一的理论Fl前最冇影响是超弦理论。这个理论认为存在一种极微小、运动于十维时空的抽象的弦，它具有波粒二像性，弦不同的振动模式构成了不同的基本粒子，超弦理论现在乂发展成为膜理论。这是-•种在数学上非常复杂而艰深的理论。这个理论目前仍在探索之中。高维吋空的观点并不是超弦理论所特有的，早在1919年，T.Kaluza就把广义相对论推广到了五维时空，试图曲此建立一个描述引力与电磁相互作用的统一框架；1926年，0.Klein发展了Kaluza的理论，引进了紧致化(Compactification)的概念，由此建立了所谓的Kaluza-Klein

2、理论。Kaluza-Klein理论与膜宇宙论的主要羌別在于：Kaluza-Klein理论中的物质分布在所有的维度上，而膜宇宙论屮只有引力场、引力微子(Gravitino)场(引力微子为引力子的超对称伙伴)、Dilaton场等少数与吋空本身有密切关系的场分布在所有的维度上，由标准模型描述的普通物质只分布在膜上。克罗斯捉到的笫三大因惑是：“是否存在额外维度？”他解释说，弦理论证明的成果Z—是额外维度的思想，基于的也是额外维度的思想。弦理论最早有26维，然后缩减到10维，但我们是住活在4维宁宙屮；解释那些看不见的额外维度的讨论很多，可以不用超出5维，也能解释弦理论遇到的那

3、些难题。即若11维超引力中的7维空间是紧致的，且其尺度为10的-33次方厘米，就会导出粒子物理标准模型所需的SU⑶XSU⑵XU(1)对称群。但是，在时空从11维紧致化到4维时，却无法导出手征性來。到了1984年，超引力丧失领头理论地位,超弦理论取而代之。物理学上真正伟人的理论终究是少数，一个理论只要能给人以启迪，也就不枉了它被学术界所认识。当代物理学正出现天体物理和粒子物理的新的合流；加速器物理和非加速器物理的合流，需要新的物理的实验，更盅要新的物理观念。二十世纪六十年代出现的超对称观念，初试锋芒Z后已经渗透到了现代物理的许多领域中，这种渗透的延伸是一个试图统一自然

4、界所有相互作用的超弦理论，它对时空维数的要求，变成了十维而不再是I川维。在这样的一-幅时空图景小，我们直接观测所及的看似广袤无边的宇宙，不过是十维时空小的一个四维超曲而，就象薄薄的一层膜，我们人类就世世代代生活在这样一层膜上，我们的宇宙论也就变成了膜宇宙论。那么进入黑洞的物体的物质结构信息是不是永久地消失了呢？崔金认为，如果用超膜理论來理解黑洞，会发现各种信息储存在P膜1二，P-膜是一张通过三维空间以及我们未注意到的额外7维的运动的薄片，黑洞可被认为在时空的额外维屮与P-膜相交。在某些情形下，人们可以证明在P-膜上的波的数目和人们所预料的黑洞所包含的信息量相同。如果

5、粒子打在p-膜上，便会在膜上激起额外的波。类似地，如果在p-膜上不同方向的波在某点相遇，它们会产生一个如此大的尖峰，使得P-膜的一小片破裂开去，而作为粒子离开。这样，P-膜止如黑洞一样，能吸收和发射粒了。P-膜模型和虚粒了对模型对发射率的预言完全一样。从1984年起，人们认定10维时空是最佳选择，10维时空的弦论替代了11维时空的超引力理论。曾流行过五种弦论，其不同在于未破缺的超对称性荷的数目，以及所带有的规范群。在10维时空中，最小的旋量具有16个实分量，有三种弦论的守恒超荷恰巧对应于这种情况，它们是类型I、杂优弦HE和H0。其余两种弦论含冇2个旋量超荷，称为类型

6、II弦。其屮，类型IIA的旋最具有相对的手征性，类型IIB的旋量具有相同的手征性。HE和HO二种杂优弦，分別带有E8XE8规范群和SO(32)规范群。类型I弦也具有S0(32)规范群，它是开弦，而其余的4种弦是闭弦。重要的是，它们都是反常自由的，即弦论捉供了一种与量子力学相容的引力理论。在这些理论中，HE弦至少在原则上能解释所有已知粒子和力的性质,当然也包括手征性在内。然而若将粒了看作弦，那为什么不将它们看作膜，抑或看作p维客体——胚(brane)呢？K—K理论与膜宇宙论的主要差别在于：K—K理论屮的物质分布在所有的维度上，而膜宇宙论屮只有引力场、引力微子场、Dil

7、aton场等少数与时空本身有密切关系的场分布在所有的维度上，山标准模型描述的普通物质只分布在膜上。但是象这样的一种只凭一些唯彖的考虑，是不足以成为现代宇宙论的基础的，它本身必须有明确的理论依据。这种理论依据随着超弦理论的发展渐渐地成为了可能ol995到1996年“第二次超弦革命”,从ITA及E8XE8heterotic型超弦理论在强耦合极限下均具有11维超引力理论的特征,E.Witten提出了一种11维时空中的新理论，它以11维超引力理论为低能有效理论,能够在特定的参数条件下再现所有五种不同类型的超弦理论，被称为M理论。在研究这种11维超引力理论及M理论时，由于