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超弦理论

2011-02-19 00:08:43 来源:

卡鲁扎和克雷恩的理论是想把引力和电磁力统一起来, 由于与实验明显矛盾,结果失败了,第五维也很快被人们遗忘。 在新发现了强力弱力之后,物理学家则把这两种力也包括进来, 希望连同引力电磁力把这四种力全部统一起来 到20世纪70年代,物理学家们已经看到了可以把除了引力之外的三种力统一起来的希望,但是那剩下的引力,却无论如何也无法统一起来。   这时,有人记起了半个世纪前的卡鲁扎-克雷恩的理论,而且想到, “如果不是只增加一个维度,而是增加更多的维度,或许就能够把所有这些力都统一起来!” 基于这样一种思想,于是相继出现了增添更多维度的各种理论   1978年,甚至出现了一个在四维时空上增加七个维度的“十一维超引力理论”。这个理论在逻辑上十分漂亮,以至于英国的著名理论物理学家史蒂芬霍金甚至把它说成是“理论物理学的终结”。然而物理学家很快就发现,这个理论无法说明现实存在着的一部分基本粒子,其实并不完善。   到了1984年,走入困境的统一力的研究终于又找到了一个突破口,出现了“超弦理论”。这个超弦理论认为,构成物质或力的基本单元不是零维的“点”,而是一维的“超弦”。而且,若要理论没有矛盾,这种超弦必须具有十维。换句话说,在超弦理论中必须是十维时空。   若 爱因斯坦仍然在世,他大概又会责问:“这个宇宙哪里有说明十维时空?”所以,这里也要用到类似于卡鲁扎-克雷恩理论对这种质疑的回答,在我们所知道的这个四维时空之外的那六个维度都“卷曲成一个个的小圆圈”,是在是太小了   如果超弦理论是正确的,那么我们就可以把传递四种力的各种基本粒子解释为是“这种超弦的不同表现形式”。因此,超弦理论最像是能够把所有的力都统一起来的那种“终极理论”。近来进行的前沿工作,是要把多达5种的超弦理论和上面所介绍的那种十一维超引力理论加以整合,综合为一种十一维的“M理论     宇宙如果有十维的话,一切基本粒子都可以由“超弦”阐明     小结   什么是超弦理论? 在超弦理论中,物质和力的基本单元的形态不是没有大小的点,而是“超弦”。 这种超弦非常短,长度只有大约10^(-33)cm。 就像提琴的弦线振荡可以发出各种各样的声音, 超弦的不同振荡方式就是我们所看见的各种各样的基本粒子。   为什么需要“超弦”? 考虑点粒子A和B发生碰撞产出出点粒子C和D的这个过程。 在这个例子中,作用在A和B之间的万有引力的大小同两者距离的平方成反比。 在碰撞的瞬间,距离为零,引力将变成无穷大,即使考虑到量子论的不确定性原理, 也仍然会出现这种无穷大。 然而,如果是超弦,由于具有一定大小,在这种碰撞中就不会出现引力无穷大。   比一个维度更多的维度如何卷缩? (1, 2 把卡鲁扎-克雷恩理论中的一维卷缩(卷缩化)概念加以推广,后来又提出了两个维度已经被卷缩化的六维时空和六个维度已经被卷缩化的十维时空等更高维次的时空理论。   1. 两个空间维度卷缩起来的“六维时空” 两维卷缩的两种方式,一种是卷缩成轮胎表面的方式,另一种是卷缩成球面的方式,无论哪一种方式,都是有两个空间维度被卷缩起来而形成六维时空。   2. 六个空间维度卷缩起来的“十维时空” 近年来的研究表明,若要超弦理论没有矛盾,宇宙必须是一个十维时空。 美国普林斯顿高等研究院的爱德华·威顿博士等人计算得到了6个空间维度的几种可能的卷缩方式的数学解,其中一个解,被称为“卡拉比-丘成桐空间”。
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