浅谈超弦理论

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1、超弦理论发展浅析摘要：弦论从1968年诞生至今已有40余年的历史，在它为我们提供的新的图景中，所有物质的基元不再是没有内部结构、体积为零的点粒子，而是具有一定延展性的振动着的弦。超弦理论是一种正在发展的统一场理论，文章介绍了其理论的基本理论内容、两次革命及未来的展望和应用。关键词：弦理论超弦对偶性M理论1弦理论的起源弦论起源于1960年代的粒子物理，当时的强相互作用一连串实验表明存在无穷多个强子，质量与自旋越来越大越来越高。这些粒子绝大多数是不稳定粒子，所以叫做共振态。当无穷多的粒子参与相互作用时，粒子与粒子散射振幅满足T中奇怪的性质，叫做对偶性。1968年科学家威尼采亚诺发现欧拉函

2、数能准确地描述出强子的大量性质。1970年尼尔森与苏斯金揭开了欧拉公式所隐含的物理奥秘，原来欧拉函数恰是微观弦振动的数学表示---早期的弦理论即由此而诞生。2超弦理论的建立弦理论之不同于传统的量子场论在于假定物质的基本结构不是点粒子而是弦条一维的曲线。弦有两种基本的拓扑结构:开弦和闭弦。开弦是两端自由的线段，而闭弦是首尾相接的闭合环。弦运动的各种简正模式的量子激发给出了基本粒子谱。这些激发可以有弦的振动和转动自由度，对应到粒子谱上，反映为粒子存在各种内部自由度。在弦理论中，所有的基本粒子都是一个基本弦的不同运动模式而已。2.11984年格林和施瓦兹推进了一大步，构造了一种特殊的弦模型

3、,它具有时空的超对称，因而称为超弦理论。当时空维数等于10,内部对称群为S0(32)时，这个理论不存在反常。2.21985年建立了杂化弦理论。1.310维时空的超弦替代了11维时空的超引力，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。1.41988年B.Bergshoeff详细研究了洛伦兹不变性和时空超对称性的11维超膜理论的结构，显示了在平坦的时空背景下,在规范作用下时空超对称性变成了特殊的超对称性，并且提出了在光锥规范下场的等式和对易规则。半经典的量子化了闭环超膜能把真空能相消为超对称背景，并包含了11维超引力理论的方案，11维超膜理论具有不稳定性。

4、3M理论的兴起1995-1996年，弦理论发生了既外向又内在的第二次革命，弦理论演变成M理论。对偶性是两次超弦革命之间一次重要的发现。它和M理论一样具有非微扰的特征，时空几何结构具有一些特殊的性质。T对偶性蕴含着缩小环的半径至零相应与再紧致化一个对偶的模型。1995年C.MhuII与P.K.Townsend提出了超弦对偶性的统一理论。Witten提出了各种维数超弦的动力学机制，发现M理论对偶性，一级微扰解和非微扰解有简单的数学关系。M理论作为超弦理论的11维扩展，它包含了宇宙中的所有物质和相互作用，包含了各种各样的维数的膜，而弦和膜只是它的一种特殊情况。E.Witten称M理论是超弦

5、理论的第二次革命。M理论的最终目标，是要用一种规律来描述已知的所有力（电磁力、弱力、强力、引力）。当前，有利于M理论的证据与日俱增，已取得令人振奋的进展。M理论成功的标志，在于量子力学与广义相对论在新的理论框架中相容起来。4超弦理论的现状及未来弦理论是发展中的理论，它没有经过严格的实验验证，也没有被科学界接受。然而它的部分成果已经带来了令人惊奇的关于空间、时间和物质的新认识。将广义相对论与量子力学和谐地统一起来是它的主要成功。而且，弦理论有能力回答有关自然最基本的物质构成和力的初始问题。在宇宙学方面，超弦理论虽然不能对暴涨宇宙及暗能量的起源提供很好的回答，但最近几年的进展却启发了人们

6、对它们的进一步认识。弦理论成功地解释了洞的爛和辐射，这是第一次从微观理论出发，利用统计物理和量子力学的基本原理，严格了导岀了宏观物体黑洞的爛和辐射公式，毫无疑问地确立了超弦理论是一个关于引力和其他相互作用力的正确理论。目前弦理论还面临很多问题的挑战，比如弦理论连方程本身很难确定，现在我们只有得到它的近似形式。于是弦理论家只限于寻找近似方程的近似解，而近似解不足以回答挡在理论前头的许多基本问题。另外人们也需要开始重视实验对弦论的限制和验证，因为无论是加速器物理还是宇宙学都已经发展到可能发现量子引力和弦效应。未来的10年或者20年时间，将见证宇宙学、粒子物理与量子引力和弦论的交互推动的飞

7、速发展。参考文献【1】高斌•超弦之父约翰施瓦兹的思想研究.山西大学硕士论文.2011.6【2】李淼.超弦理论的几个方向.中国科学院理论物理研究所•北京10080[3]朱占武•超弦理论的发展和未来展望.科技信息(学术版).2006(6)【4】朱传界•超弦理论新发展•中国科学院理论物理研究所[5]冯宇，阎迎利.M理论的进展.河南师范大学学报(自然科学版).2000.28(1)【6】桂起权，贺天平•超弦一大自然的“琴弦“•科学导报.2003(3)【7】李淼.超弦