超弦与理论

弦理论与M理论是可能成为解释万物的理论,它们魅力无穷,完全可以颠覆你的世界观,如果你有求知的欲望,如果你有探索未知的勇气和睿智,那么一起来了解一下这方面知识。

弦理论(string theory),一般是专指“超弦理论”即弦论,是理论物理学中的一门学说,起源于强子物理的研究。超对称性是一种把具有不同自旋和统计性质的粒子联系起来的对称性,或者说是让费米子与玻色子互换的对称性。把超对称性与弦理论结合起来,建立超弦理论。弦论的一个基本观点就是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦),闭弦的不同振动和运动产生出各种不同的基本粒子。尽管弦论中的弦尺度非常小,但操控它们性质的基本原理预言,存在着几种尺度较大的薄膜状物体,后者被简称为“膜”。直观地说,我们所处的宇宙空间也许就是九维空间中的三维膜。弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论,如图5.9所示。

图5.9　闭合圈

M理论(M-theory)是为“物理的终极理论”而提出的理论,物理学家希望能用一个理论来解释所有物质与能源的本质与交互关系。其结合了所有超弦理论(共五种)和十一维的超引力理论。为了充分了解它,爱德华·威滕(Edward Witten)博士认为需要发明新的数学工具。1984—1985年,弦理论发生第一次革命,其核心是发现“反常自由”的统一理论;1994—1995年,弦理论又发生既外向又内在的第二次世界革命,弦理论演变成M理论。第二次弦革命的主将威滕被美国《生活》周刊评为第二次世界大战后第六位最有影响力的人物。十一维就是测量物体的位置要11个坐标尺,空间有3个,时间有1个,还有6个是弦论预言的,它们被卷曲到很小的尺度,我们看不见。M理论又增加了1个维度,共11个基本粒子,即在不改变物质属性的前提下的最小体积物质。但并不会因为小而断定它不是某种物质,它是组成各种各样物体的基础。现在科学家利用粒子加速器加速一些粒子,有时候用粒子相撞的方法,来研究基本粒子。基本粒子分为费米子和玻色子,区别就是自旋。

它试图把4种作用力——电磁力、引力、强核力和弱核力统一起来,还试图结合当前所有5种超弦理论和11维的超引力理论。M理论的“M”包含有许多意思,例如魔术(magic)、神秘(mystery)、膜(membrane)或矩阵(matrix)等。霍金认为,M理论就是爱因斯坦一直梦寐以求的统一场论。