超弦理论概述

三元子

超弦理论概述
　　1974年美国Schwarz教授和法国物理学家Scherk提出弦论（string theory），指出基本粒子不是点，而是如弦状物的一维曲线，称之为弦（string），把一切物质当成九维空间里的弦。这种弦沒有厚度，长度視环境而定，且极微小，其典型值是普朗克长度（Planck length），据說看起来像一条粗的橡皮筋。弦以各种不同的特定连续振荡模式运动，表现各种基本粒子的性质，如轻子、夸克等粒子，目前已知的一切基本粒子就是这些弦的最低振动能态，也就是基态（ground state）。
　　1984年Schwarz和英人Green发现以弦论的九维空间为基础，引用超对称性（Super symmetry） 的特殊数学方法，能避免量子力学中一些异常现象（Anomaly），应用超对称的弦论，就是超弦理论。1985年美国普林斯頓大学Gross教授的研究小組更以超弦理论成功的导出大统一理论和电弱统一理论，有希望将重力统一起来，被看为兼含万有引力论（Theory of everything）的候选者，为近代尖端科学研究的焦点。因为超弦理论模式尚有缺点，例如目前实验不能大到所需的超高能量、沒有发现超对称性的数据、粒子加速器所需的能量必須在前所未有的17次方大范围中探索、不能解释宇宙常数（Cosmological Constant）何以为零、难以从数千种真空高能量降为低能量的方法，选择正确的一种和沒有人真正知晓如何将10维时空完善的紧致化为4维。
; P( A: K- y- [　　其中最重要的是最后一项，決定时空维度的几何学模式，将是預知超弦理论之鑰。目前最大的难題也就是在此点，无法解释其立论基础的所在 ─ 由9维空间和1维时间所构成的10维时空宇宙架构。由于10维时空的宇宙，不能被一般人所接受，为迁就我们生活其中的四维时空，科学家正寻找将10维时空完善的紧致化（compactify）之途径，以成为我们所熟悉的4维时空架构，和吾人无从看見极微小的6维空间，但是至今仍无法完善大成。
2 {# v: b( a( y3 h　　超弦理论是建立在宇宙十维时空架构的基础上，宇宙誕生的初始条件就有不少假设，又于十维时空的紧致化，并无正确的边际条件可規范，仅由超对称理论的多种对称自失途径来推演，甚难达到吾人所要求的四维时空。
. w6 v: ~' q/ @$ d1 k. C　　享誉国际的宇宙论权威 A. Linde 教授，曾再三強調，为何紧致化的結果是四维，而非五维或其他维度时空？宇宙自大爆炸誕生以来，十维时空不一定非要降至四维不可，其他任何维度也可能同样存在。就超弦理论而言，十维时空的宇宙不需非降至四维不可，其他六维空间也应可同等存在。若根据超对称性理论，九维空间的方程式是整体对称的，对每一维空间而言均具有对称性，即其数学結构是等权的，不一定会于宇宙发生相变时，成为区域对称状态。所以除时间一维不变外，理论上其余九维空间应仍以等权存在，即宇宙至今仍然维持完整的十维时空架构。
* ~4 m  {& Y: }) v  p　　超弦理论中的E8E8超对称架构，包含大统一理论和电弱统一理论的对称性，特別引起科学家的重視。每一个E8代表著单独的对称群，其中一个E8描述的是一般物质，另一个E8描述的是影子物质（shadow matter）。这种影子物质除重力外，无其他交互作用力存在，即无法以电磁波探測得到，这正是所謂黑暗物质（Dark matter）的特性。
　　超弦理论已进入实验測試的階段，欧洲粒子物理中心研究（CERN）为目前正在运转中全世界最高能量的粒子加速器LEP（large electron-positron collider），其第二期研究計划，在探讨构成宇宙的最基本粒子，寻找轻子和夸克的內部构造，已于1991年3月底宣称发现超对称的第一个征象（註12），进一步的研究正在进行中，以发现有否超弦理论所預測的超对称粒子。
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〓 网易IT科技论坛 自然奥秘 发布时间 2002/02/19 16:42:02 by 小卯 〓