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《量子力学：M理论和F理论基本信息介绍》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第四十五章:M理论和F理论基本信息介绍上一章我们介绍了弦理论,弦理论最重要的两个理论叫M理论和F理论。今天就介绍这两个理论内容。由于弦理论还停留在理论阶段，也没有实验证实。再者弦理都是高等数学推论,没有高等数学基础就像看天书。我本人也看不懂。所以就弦理论内容，只做两章介绍，这是最后一章。先来说说M理论,M理论是物理学中将各种相容形式的超弦理论统一起来的理论。此理论最早由爱德华•威滕于1995年春季在南加州大学举行的一次弦理论会议中提岀。威滕的报告启动了一股研究弦理论的热潮,被称为第二次超弦革命。弦理论学者在威滕的报告之前已经识别出五种不同的超
2、弦理论。尽管这些理论看上去似乎非常不一样,但多位物理学家的硏究指出这些理论有着微妙且有意义的关系。——灵遁者特别而言，物理学家们发现这些看起来相异的理论其实可以透过两种分别称为S对偶和T对偶的数学变换所统合。威滕的猜想有一部分是基于这些对偶的存在,另有一部分则是基于弦理论与11维超重力场论的关系。尽管尚未发现M理论的完整表述，这种理论应该能够描述叫膜的二维及五维物体,而且也应该能描述低能量下的11维超引力。现今表述M理论的尝试一般都是基于矩阵理论或AdS/CFT对偶。威滕表示根据个人喜好M应该代表Magic（魔术理论）、Mystery（神秘理
3、论）或Membrane（膜理论），但应该要等到理论更基础的表述岀现后才能决定这个命名的真正意义。有关M理论数学架构的研究已经在物理和数学领域产生了多个重要的理论成果。弦理论学界推测,M理论有可能为硏发统合所有自然基本力的统一理论提供理论框架。当尝试把M理论与实验联系起来时，弦理论学者一般会专注于使用额外维度紧致化来建构人们所处的四维世界候选模型，但是到目前为止,物理学界还未能证实这些模型是否能产生岀人们所能观测到（例如在大型强子对撞机中）的物理现象。现代物理学中一个最深层问题就是量子引力。现在对引力的理解是来自阿尔伯特•爱因斯坦的广义相对论,
4、是经典物理学框架内的表述。然而，非引力的力则是由量子物理学的框架所描述，这是一套完全不同的表述,用于描述基于概率的物理现象。为了使广义相对论与量子力学原则一致，因此需要一套引力的量子理论，但当使用量子理论的平常方式去描述弓I力时就岀现了难题。标後檢星的左手费米子第資米子（左手）參同位$購超a色荷创电子i-1-1/2-i1511KeV正电手+10+21511KeV电GJ!子0+1/2-11<028eV^3^4反电中佩子0001<028eV^5上专丸+2/3+1/2+1/33、3Meg羽-2/30J-4/33■3Meg.-1/3-1/2+1/33
5、■6MeV住羽fiTW克+1/30+2/33■6Meg銅弦理论是一种尝试使弓I力与量子力学一致的理论框架。粒子物理学的类点粒子在弦理论中被一种叫弦的一维物体所取代。弦理论描述弦是如何在空间中传播及与其他弦之间的相互作用。在某一个形式的弦理论中只会有一种弦，看起来可能像普通线的线圈或线段，而且能够以不同的方式振动。一根弦在比弦尺度大得多的距离下看起来就像是普通粒子，而其质量、电荷及其他性质则视乎弦的振动态而定。就这样所有不同的基本粒子都可以被视为振动的弦。弦的其中一个振动态产生弓I力子,它是一种承载引力的量子力学粒子。弦理论共有多个形式：I型、
6、［IA型及IIB型,还有杂交弦理论的两味(SO(32)和E8xE8)0这些不同的弦理论让不同型的弦及低能量时所产生的粒子出现不同的对称性。比方说,I型理论包括开弦(有末端的段)和闭弦(形成密闭的圈)，但HA和IIB型则只包括闭弦。这五种理论中的每一种都是由M理论不同的特殊极限个案所产生的。这种理论与它的前身弦理论一样，是引力的量子理论的一个例子。它用量子力学的规则描述了一种像人们所熟悉的弓I力那样的力一般而言，物理规律的表达形式以简洁的形式为人类呈现，但弦理论不是这样的。这也是反复提到的。就像维度数,在多人眼中是不可想象的。人们在日常生活中有
7、熟悉的空间三维：长、宽和高。爱因斯坦的广义相对论把时间视作于空间三维同等的维度；时间和空间在广义相对论并不是分开的实体，而是统合成了四维时空。引力现象在这个框架下被视为时空几何的后果。尽管四维时空能很好地描述宇宙，但是物理学家还是有多个理由去硏究其他的维度。一些个案中的不同维度数时空模型在数学上比较容易处理,而且能够更好地进行计算和更容易了解整个模型。在凝聚态物理学中也有二维或三维时空能有用地描述现象的情况。最后还有实际上可以超过四维的情况,不过此时额外维度则需要避过观测。弦理论和M理论的一个显著特征就是需要额外的时空维度,以清除在数学上的矛
8、盾。弦理论中的时空是10维的，而M理论的时空则为11维。为了使用这些理论来描述真实的物理现象，就必需想像这些额外维度不会被实验观测到的情况。另一种对M理论起到作用的
