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M理论(物理理论)_百度百科29019一点红推荐三肖
发布时间:2019-10-29        浏览次数:        

  评释:百科词条大众可编辑,词条创修和更正均免费,绝不生存官方及代理商付费代编,请勿上当被骗。细则

  行动“物理的终极理论”而发动的理论,M理论贪图能藉由单一个理论来评释全数物质与能源的性质与交互接洽。其相连了五种超弦理论十一维空间的超引力理论。为了弥漫体会它,爱德华·威滕博士感应提供制作新的数学工具。1984至1985年,弦理论产生第一次革命,其核心是浮现“失常自由”的统一理论;1994至1995年,弦理论又爆发既外向又内在的第二次革命,弦理论演形成M理论。

  在围棋玩耍中,唯有围与不围云云很少的几条则则,加上口角两色棋子,却可能弈出变幻莫测的对局。与此肖似,今世科学感触,自然界由很少的几条则则控制,而生活着无穷多种这些独揽顺次同意的样式和机关。任何尚未显现的力,必将是极单薄的,或其效应将受到猛烈的局限。这些效应,要么被局限在极短的距离内,要么只对极其特殊的客体起感化。

  科学家更加笃信地以为,你们浮现了一切的力,并没有什么脱漏。但是,在状貌这些力的依序时,大家却贫乏同样的自负。20世纪科学的两大保护——量子力学广义相对论——居然是不相容的。广义相对论在微观准绳上违背了量子力学的律例;而黑洞则在另一特殊规范上向量子力学自身的事实挑战。面对这一逆境,与其说物理学不再明后,还不如途这预示着一场新的革命。

  萨拉姆(A.Salam)和温伯格(S.Weinberg)的弱电团结理论,把分袂形容电磁力弱力的两条规律,简化为一条则律。而M理论的结尾想法,是要用一条规律来刻画已知的所有力(电磁力、弱力、强力、引力)。当前,有利于M理论的谈明一日千里,已得到令人激动的转机。4247天线宝宝开奖网站 副攻则由意大利前国,M理论胜利的标志,在于让量子力学广义相对论在新的理论框架中相容起来。

  同弦论相像,M理论的合节概想是超对称性。所谓超对称性,是指玻色子费米子之间的对称性。玻色子所以印度加尔各答大学物理学家玻色(S.N.Bose)的名字命名的;费米子因而筑议奉行曼哈顿工程的物理学家费米E.Fermi)的名字命名的。玻色子具有整数自旋,而费米子具有半整数自旋。相对论性量子理论预言,粒子自旋与其统计性情之间生活某种闭联,这一预言已在自然界中获得令人感叹的证明。

  在超对称物理中,全盘粒子都有自身的超对称伴侣。它们有与原来粒子扫数相同的量子数(色、电荷、重子数轻子数等)。玻色子的超朋侪必定是费米子;费米子的超友人坚信是玻色子。即使尚未找到超对称伴侣生活的切实证明,但理论家仍确信它的生计。我感觉,由于超对称是自觉破缺的,超朋友粒子的质量坚信比原本粒子的大许多,以是才无法在现有的加速器中探测到它的生计。

  个别超对称性,还供应将引力也纳入物理统一理论的新途子。爱因斯坦广义相对论,是依照广义下的某些条款导出来的。在超对称时空坐标更调下,片面超对称性则预言生存“超引力”。在超引力理论中,引力相互感化由一种自旋为2的玻色子(引力子)来通报;而引力子的超朋侪,是自旋为3/2的费米子(引力微子),它传递一种短程的互相效率。

  在M理论格局中,技巧分为两种,一种是大家世俗意旨上的期间(即现行宇宙对人类旨趣上的时期)。再有一种被定义为“虚技能”,虚光阴没有所谓的开始和终结,而是平素生存的时间,是用于描画超弦的一条无矢坐标轴。

  M理论认为能量在自己维度下不守恒,能量会在本身绮翘中逃逸到其他们膜,而弦分为开弦和关弦,引力子弦与另三种弦辞别,是一个自旋为2的玻色子,理论中被定义为自由的关弦,能够被鼓吹到寰宇膜外的高维空间以及其余天下膜,故能量场在己方维度(现行寰宇空间)下逃逸了更多。

  在M理论中存在无数平行的是膜,膜相互影响碰撞导致发生四种根源粒子,发生电磁波和物种(天下大爆炸的起源)。

  广义相对论没有对时空维数条例上限,在任何维黎曼流形上都能创立引力理论。超引力理论却对时空维数端正了一个上限——11维。更吸引人的是,已经评释,11维不只是超引力容许的最大维数,也是纳入等距群SU(3)×SU(2)×U(1)的最小维数。形貌强力的标准模型,即量子色动力学,是基于定域对称群SU(3)的规范理论,它的量子叫做胶子,功用于一个叫“色”的内禀量子数上。形色弱力和电磁力的温伯格-萨拉姆模型,是基于SU(2)×U(1)的表率理论。这个楷模群作用在“味途”上,而不是在“神气”上,它不是仔细的,而是自觉破缺的。由于这些来由,很多物理学家发轫探索11维的超引力理论,期望这就是所有人寻找的统一理论。

  然则,在手征性眼前,引力理论的一根维持蓦地倾圮了。手征性2是自然界的一个紧要特点,许多自然目的都有好像于人的左手与右手那样的对称性。像中微子的自旋,就永世是左手的。

  20世纪20年头,波兰人卡卢扎(T.Kaluza)和瑞典人克莱因(O.Klein),呈现从高维空间约化到可侦查的4维时空的机制。若11维超引力中的7维空间是紧致的,且其模范为10-33厘米(缘此其不被觉察),就会导出粒子物理圭表模型所需的SU(3)×SU(2)×U(1)对称群。然而,在时空从11维紧致化到4维时,却无法导起头征性来。到了1984年,超引力死亡领头理论位置,超弦理论取而代之。那时,“让11维见鬼去吧!”——“夸克之父”盖尔曼(M.Gell-Mann)的这句名言,剖明了不少物理学家对11维的悲观情绪。

  不过,弦论绝非美轮美奂,至少可从四方面对它非难。开始,人们本将弦论看成物理团结理论来追寻,它的五种分手理论却又给出了五种分散的宇宙,若人类生存在此中的一种天下之中,那么另外四种理论描画的宇宙,又是何等样的生物栖身此中呢?其次,若将粒子看作弦,那为什么不将它们看作膜,抑或看作p维客体——胚(brane)呢?再者,对于弦论的执行验证,守旧的粒子加速器本领,显明受到时刻和经费两方面节制,但是新的才干又在那边?终末,超对称性承诺时空的最大维数是11维,为什么弦论只到10维就戛然则止了呢?余下的那一维是逃逸了,依然逃匿起来了呢?

  历史线年起源了弦论的第二次革命。以来,五种分散的弦论在性格上被表明是等价的,它们能够从11维时空的M理论导出。经历了十年贫窭杰出的忙碌,人们竟然又回到了本来的时空维数,抵赖之否定凿凿是条奥秘的哲理。

  M理论的11维线维时空普朗克质地mP的单一标度表征。若将11维时空中的一个空间维度,取成半径为R的圆周,就可以将它与榜样ⅡA的弦论干系起来。模范ⅡA弦论有一个无穷纲弦耦合常数gs,它由膨胀子场Φ(一种属于典范ⅡA超引力多沉态的无质量标量场)的值确信。类型ⅡA的质量标度ms的平方,给出根蒂ⅡA弦的张力,11维与10维的ⅡA的参数之间的联系为(略去数值因子2π)ms2=RmP3,gs=Rms。

  ⅡA理论中经常行使的微扰申明,是将ms固定而对gs展开。从第二个联系式可见,这是合于R=0的展开,这也就是为什么在弦微扰论中没有露出11维解释的泉源。半径R是一个模(modulas),它由带有平坦势的无质料标量场的值笃信。若这个模取值为零,对应于ⅡA理论;若取值无限大,则对应于11维理论。

  杂优弦HE与11维理论也有相仿的相干,分袂在于紧致的空间不再是圆周,而是一条线段。这个紧致化会发生两个平行的10维切面,而每个人又对应于一个E8规范群。引力场存在于块中。从11维时空更能注解,为什么接纳E8×E8规范群才会是量子力学“反常自由”的。

  早在本世纪初,德国女学者诺特(E. Noether)阐明了一条著名定律:对称性对应于某一种物理守恒定律。电荷、色荷,以及此外守恒荷,都能算作是诺特荷。某些粒子的特性在场变形下连接平稳,如此的守恒律称为拓扑的,其守恒荷为拓扑荷。服从守旧见地,轻子夸克被认作是底子粒子,而单极子等辅导拓扑荷的孤子是派生的。是否能反常过来猜想呢?即猜想单极子带诺特荷,而电子带拓扑荷呢?这一猜想被称作蒙托南-奥利夫(Montonen-Olive)猜思,它给物理打定带来了料想不到的惊喜。带有e荷的根底粒子等价于1/e的拓扑孤子,而粒子的荷对应于它的互相作用耦合强度。夸克的耦合强度较强,以是不能用微扰论打算,但可用耦关强度较弱的对偶理论预备。

  这方面的一个突破性希望,是由印度物理学家森(AshokeSen)取得的。我解谈,在超对称理论中,信任糊口既带电荷又带磁荷的孤子。当这一推度推行到弦论后,它被称作S对偶性。S对偶性是强耦合与弱耦关之间的对偶性,由于耦合强度对应于膨鼓子场Φ的值。杂优弦HO与榜样I弦可始末各自的膨胀子场合系起来,即Φ(I)+Φ(HO)=0。

  弱HO耦关对应Φ(HO)=-∞,而强HO耦闭对应Φ(HO)=+∞。可见,杂优弦是I型弦的非微扰鼓舞态。云云,S对偶性便注解了一个永远令人狐疑的题目:HO弦与I型弦,有着一样的超对称荷和表率群SO(32),却有着格外区别的本质。

  在弦论中,还存在着一种在大小紧致体积之间的对偶性,称作T对偶性。举例来谈,ⅡA理论在某一半径为RA的圆周上紧致化和ⅡB理论在另一半径为RB的圆周上紧致化,两者是等价的,且有接洽RB=(ms2RA)-1。

  因此,当模RA从无量大变到零时,RB从零变到无限大,这给出了ⅡA和ⅡB之间的合系。两种杂优弦间的关联,虽有期间细节的差别,天性却是相似的。

  弦论另有一个定向反转的对称性,如将定向弦进行投影,将会获得两种别离的结局:扭曲的非定向开弦和不扭曲的非定向闭弦。这就是ⅡB型弦和I型弦之间的合系。在M理论的说话中,这一终局被说成:开弦是狄利克雷胚的衍生物。

  有质料的矢量粒子有3个极化态,而无质量的光子只要2个极化态。无质地态能够看作是有质料态的临界样子。在4维时空的中,用小群呈现形容光子态。小群浮现又称短展示,这一代数机闭能够推广到11维超对称理论。临界质地也会在M理论中重现。由诺特定理,能量和动量守恒是时空平移对称性的推行。超对称荷的批驳易子是能量和动量的线性拼集,这是超引力代数真相。然而,两个别离超对称荷的辩驳易子,却可禀赋新的荷。这个荷称作主题荷Q。对于带有主题荷的超代数也有一个短体现,它将与M理论的非微扰结构精细接洽。

  对待带有要旨荷的粒子态,代数布局搜罗着物理接洽m≥Q,即质量将大于宗旨荷的完全值。若粒子态是短表现的话,该相干取临界情景m=Q,往往称为BPS态。这一性情的开始样子是前苏联学者博戈莫尔内(E.B.Bogomolnyi)、美国学者普拉萨德(M.K.Prasad)和萨默菲尔德(C.M.Sommerfield)在思索类型场中单极子时展现的。

  若是将BPS态概想操纵到p胚,这时主题荷用一个p秩张量来形貌,BPS条目化作p胚的单位体积质料等于荷密度。处于BPS态的p胚将是一个仍旧某种超对称性的低能有效理论的解。Ⅱ型弦与11维超引力都含有两类BPS态p胚,一类称为电的,另一类称为磁的,它们都保留了一半的超对称性。

  在10维弦论中,据弦张力Tp与弦耦合常数gs的依靠相合,p胚可分成三类。当Tp孑立于gs,且与弦质料参数的相合为Tp∽(ms)p+1,则称胚为根基p胚;这种情景仅发生在p=1时,故又称它为根柢弦;这又是在弱耦合下仅有的解,故它又是仅可运用微扰的弦。当弦张力Tp∽(ms)p+1/gs2,则称胚为孤子p胚;事实上这仅产生在p=5时,它是根基弦的磁对偶,记作NS5胚。当Tp∽(ms)p+1/gs,则称胚为狄利克雷p胚,记作Dp胚,其性质介于本原弦和孤子之间。经过磁对偶性,Dp胚将与Dp′胚接洽起来,个中p+p′=6。

  在11维时空中,糊口两类p胚:一类是曾被命名为超膜的M2胚,另一类称为M5胚的5胚,它们互为电磁对偶。11维理论仅有一个特色参数mP,它与弦张力Tp的联络为Tp∽(mP)p+1。将11维理论原委其中1维空间作圆周紧致化,能导出ⅡA型理论。那么,p胚在这个紧致化颠末中将做出什么变化呢?p胚的空间维数可能消灭或不占领紧致维。假如吞没,M2胚将卷曲成基础弦,M5胚卷曲成D4胚;若是不埋没,M2胚化作D4胚,M5化作NS5胚。

  夙昔,很多物理学家之以是丧失11维超引力,无情地让它“见鬼”去,乃因威滕等人觉得,在将11维紧致化到4维时,无法导脱手征性。十年后,威滕又抵赖了本人,这一抵赖正是威滕雄浑浩博形而上学气歇的显露。黑幕上,零丁于人类而活命的外部宇宙,就像一个雄伟而长期的谜,对这个寰宇作凝望重思,就像追求解放肖似,吸引着每一个具有玄学气休的物理学家。

  威滕和荷拉伐(PeterHorava)发现,从11维的M理论可能找得手征性的来历。全部人将M理论中的一个空间维数萎缩成一条线段,取得两个用该线维时空。粒子和弦仅糊口于线段两端的两个平行的时空中,它们源委引力互相关联。物理学家猜测,天下中整个的可见物质位于其中的一个,而困扰着物理学家的暗物质则在另一个平行的时空中,物质与暗物质之间仅经过引力衔接系。云云,便可怪僻地解说天地中为什么存在看不到的质料。

  这一图象具有极其迫切的物理意旨,可用来检修M理论。70年月,物理学家已了解到,扫数互相影响的耦合强度随能量改造,即耦合常数不再是常数,而是能量的函数,并给它取了个景况的名称——跑步耦合常数。90年头,物理学家又发现,在中,电磁力、弱力与强力的耦关强度,汇聚在能量标度E约为1016吉电子伏的那一点上。物理学家们为这一胜利喝采不已,一些带有狂放情结的议论家乃至感到,超对称已取得结尾的乐成,无须再守候2005年在LHC对撞机上的检查实施。

  然而,这里只合并了六合四大本原彼此效用中的三个,尚有一个引力。对这片面类开始了解的引力,又将怎么处理呢?给人开采的是,上述三力归并的耦闭强度与无量纲量GE2(G为牛顿引力常数)附近,而不很是。在威滕-荷拉伐准备中,可选拔线段的尺寸,使已知的四种力沿途集聚在同一能量标度E上。这就是叙,引力的量子效应,将在比普朗克能量标度低得多的标度(E≈1016吉电子伏)上起功用,这无疑将对天下学发生一切的感染。倘使六合学家们低头看看本人的窗外,粗略会警告到暴风雨正在酝酿,不过绝大多数人仍连续入迷在庆祝标准寰宇模型的杯光酒影之中。

  当人们试图合并广义相对论和量子力学来完美M理论时遭受了一个困苦,不确定性理由意味着乃至“浮泛的”空间也满盈了虚粒子和反粒子对,爱因斯坦的方程E=MC²意味着它们有无穷的能量,这使它们会把寰宇弯曲到无尽小,是以人们引进了一种叫做重正化的主见来解决这个题目,即用其它的无限大来抵消无穷大,自旋1/2和自旋3/2的能量是负的,抵消了自旋0,1,2的正能量,这就取消了大多半的无尽大,但人们狐疑仍有无限大连结了下来,且固然这材干在实质上行的通,但在数学上颇令人猜疑。

  有人以为,物理理论必要应声骨子天下的运行。这是否是谈物理模型所有由实施断定?

  平凡感到,而今的M理论就不是由试验筑筑的。尽管规范模型能说明很多工具,可是物理学家悉数靠试验来设立筑设归并广义相对论和量子力学的模型根源上是不可能的,缘由实践室的高能限制口舌常鲜明的。实验不可能得到大爆炸的高能条件,如果写意弦论最低前提能量条款都险些不可能。按今生趋势,理论物理终末会融入多少拓扑的熔炉中成为一体,也就是,理论物理就是新几何。新若干学团结相对论与量子力学。超弦与M理论只是一个极其粗拙的过渡。

  今朝,物理学中同时活命两个无误而彼此抵触的理论模型——广义相对论和量子理论,这不是自然界的错,而是物理学失落了方针。

  引力能否量子化?暗物质与能量能否说明?黑洞里面能否探查和多六合的糊口性?

  践诺无法到达办法。这些迷失的用具只要靠数学迥殊是若干才智找到。物理模型的相持在于所有人们多少理论的 谬误,在纠关的团结场中如何完毕典范场的盘据的几多量子化和拓扑化是关节。即使新几何组织不能全盘弄出来,物理学家不可能从理论上办理全班人的主要问题。

  当代理论物理依然沦为数学玩耍,而m理论的数学寄空想经历理论物理来解决。物理只提供实例,数学的根源机关必须源于自己。

  有公共认为,多少填塞寰宇和物体蜕变,它与物理周密毗连,弗成分离。有很多人感触物理是利用科学或多少应用范例。

  物理的理论不能简单归于行使,随着物修发展,物理逐步几何化,多少发轫能注脚它对根源概想、相对论中黎曼若干和量子力学中的希尔伯特空间和群和拓扑,如今超弦更是几许主导。物理与多少不是运用联系那么简练,倘若如今的多少内容能将全数物理概思纳入本人的表明,几多扫数从脚到头总共主宰物理。在物理,几多,代数的干系中,几许处于宗旨

  纵然M理论已得到累累硕果,不过各式迹象声明,已经窥见的可是是些“雪泥鸿爪”云尔,最深层的奥秘尚待映现,什么是M理论的真面貌,仍然是一个未决问题。即使M理论的告成,使弦论学家摆脱了夙昔的逆境,但他们必将以“夙昔崎岖还记否?路长人困蹇驴嘶。”来激勉己方,打算在往后几年中暴露M理论的真嘴脸。

  美国学者苏什金(LeonardSusskind)等人,举行了一次新试验,我称M理论为矩阵理论(英语中矩阵一词,也以是M开头的)。试图给M理论下一个厉格的定义。矩阵理论的本相是无尽多个0胚(也就是粒子),这些粒子的坐标(即时空地点)不再是经常的数,而是相互之间不能对易的矩阵。在矩阵理论中,时空本人成了一个模糊的概念,这一手腕使物理学家大为振奋。施瓦茨召唤公共合切这些念考,同时指出矩阵理论含有一个殷切的未决问题:“当多个空间紧致维数出眼前,在矩阵理论中用环面Tn紧致化将会碰着拮据,或者会找到更好的紧致化技术,否则新的商酌是须要的。”

  爱因斯坦路:“对待这个世界,最不成领会的是,这个全国是能够经验的。”今天,对付M理论,最不行融会的是,它果然曾经把会意天下推动了一大步。

  当其所有人模范的力不糊口时,全面受引力效率的编制都会坍缩成黑洞。地球之所以没有被它己方的浸量压垮,是来源构成它的物质很硬,这硬度缘故于电磁力。同样,太阳之于是没有坍缩,也不过原由太阳内里的核应声爆发了雄伟的外向力。假使地球和太阳丧失这些力,就会在短短的几分钟之内压缩,且越缩越疾。随着萎缩,引力会增长,收缩的速度也随之加速,从而将它们没落在缓慢高潮的时空屈曲里,酿成黑洞。从外部看黑洞,何处的本事类似禁止了,不会看到进一步的改变。黑洞所代表的,即是受引力用意体系的结果平均态,该态至极于最大的熵。纵使方今对凡是的量子引力尚不明了,霍金(StephenHawking)却玩弄量子论,成功地对黑洞提出了一个熵的公式。这个内情,偶然被叫做黑洞悖论。

  在廿多岁就经管典范场量子化标题的荷兰理论物理学家胡夫特(G.tHooft),曾向弦学者提出对付弦论何以没能办理黑洞问题的质询。那时人们并不清楚,这底细是诘难,照旧推进?然而,在弦论演化成M理论之际,全数的疑难很快消失了。胡夫特这位物理感想非常锐利的天生,在山雨欲来之际听到了雷声,但他们也没能预感到,来的是何等样一场风暴!

  在某些境况下,Dp胚可能讲明成为黑洞,可能更稳健地谈是黑胚,便是任何物质(网罗光在内)都不能从中逃逸的客体。因此,开弦可以看成是有一个别遁藏在黑胚之中的合弦。可能将黑洞作为是由7个紧致维的黑胚构成的,从而M理论将为经管黑洞悖论需要门途。霍金觉得黑洞并不是一切黑的,它可以辐射出能量。黑洞有熵,熵是用量子态数目来测量的一个形式的无序程度。在M理论之前,何如清点黑洞量子态数目,人们颠三倒四。斯特龙明格(AndrewStrominger)和瓦法(CumrunVafa)利用Dp胚才具,打定了黑胚中的量子态数目。我映现,企图所得的熵与霍金预言的全部整齐。这无疑是M理论获得的又一项卓绝培植。

  10维弦论紧致化到4维的格式有成千上万般,阔别方式发生出4维世界中辞别的运行机制。于是,不信弦的人感到,这根基就没作预测。不过,在M理论中,黑胚有望统辖这一困难。现已证明,当黑胚包绕着一个洞紧缩时,黑胚的质量将会重没。这一脾气将对时空本身产生绝妙的熏染,它将改造经典拓扑学的规矩,使得时空拓扑发作蜕化。一个带有若乾洞的时空,可以遐思成一块沪上的早点——蜂糕。在黑胚效用下,它造成了另一起蜂糕,即形成了另一带有差异数目洞的时空。诳骗这一才干,能够把完全差别的时空接洽起来。这样,对弦紧致标题的诘难,就便利处置了。M理论最终将按照某种极值理由,选拔一个安定的时空,弦就在这个时空中活命下来。接下来就是,颠簸着的弦将产生手类已知的粒子和力,也就是发生出人类所处的实质天下。

  超弦论与M理论评价远远的赶过了人类的设想,但广义相对论与量子力学的归并还出格遥远。

  今世科学家没有人能画出美满的Hubble图,轨范天地学的R--W度规臆造创立,把Hubble定律硬插入,于是Hubble常教H的取值,没有人们公认的确切值。对六合观望的数据证据,大家所需,在国际网站上天文学的顶尖学者的论文没有确实的H值。

  霍金玄学文章《大筹算》中指出M理论能够是声明天下根源的终极理论,并可能是爱因斯坦穷极平生所追寻的统一场理论的终末答案。天下是自觉变成的,而不需要一个第一胀动力来鼓动六闭的变成;

  威滕路:“M在这里能够代表幻术(magic)、神秘(mystery)或膜(membrane),依他们所好而定。”

  .Heterotic and Type I String Dynamics from Eleven Dimensions

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