名詞
M理論 英語名稱：M TheoryM理論的概念
M理論，是為“物理的終極理論”而提議的理論，希望能藉由單一個(gè)理論來解釋所有物質(zhì)與能源的本質(zhì)與交互關(guān)系。其結(jié)合了所有超弦理論（共五種）和十一維的超引力理論。為了充分了解它，
愛德華·威滕博士認(rèn)為需要發(fā)明新的數(shù)學(xué)工具。
1984—
1985年，弦理論發(fā)生第一次革命，其核心是發(fā)現(xiàn)“反常自由”的統(tǒng)一理論；1994-1995年，弦理論又發(fā)生既外向又內(nèi)在的
第二次革命，弦理論演變成M理論。第二次弦革命的主將威滕(EdwardWitten)被美國(guó)《生活》周刊評(píng)為二次大戰(zhàn)后第六位最有影響的人物。
另一則定義： M理論系由劉易斯、亞倫(Louis Allen)所提出。針對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等觀點(diǎn)，對(duì)管理者及被管理者之真實(shí)態(tài)度調(diào)查所得，而提出一綜合性管理定義之理論。
M理論的“M”指什么
威滕說：“M在這里可以代表魔術(shù)(magic)、神秘(mystery)或膜(membrane)，依你所好而定。”施瓦茨則提醒大家注意，M還代表
矩陣(matrix)。
在圍棋游戲中，只有圍與不圍這樣很少的幾條規(guī)則，加上黑白兩色棋子，卻可以弈出千變?nèi)f化的對(duì)局。與此相似，現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為，自然界由很少的幾條規(guī)則支配，而存在著無限多種這些支配規(guī)律容許的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)。任何尚未發(fā)現(xiàn)的力，必將是極微弱的，或其效應(yīng)將受到強(qiáng)烈的限制。這些效應(yīng)，要么被限制在極短的距離內(nèi)，要么只對(duì)極其特殊的客體起作用。
科學(xué)家非常自信地認(rèn)為，他們發(fā)現(xiàn)了所有的力，并沒有什么遺漏。但是，在描述這些力的規(guī)律時(shí)，他們卻缺乏同樣的自信。20世紀(jì)科學(xué)的兩大支柱——量子力學(xué)和
廣義相對(duì)論——居然是不相容的。
廣義相對(duì)論在微觀尺度上違背了量子力學(xué)的規(guī)則；而黑洞則在另一極端尺度上向量子力學(xué)自身的基礎(chǔ)挑戰(zhàn)。面對(duì)這一困境，與其說物理學(xué)不再輝煌，還不如說這預(yù)示著一場(chǎng)新的革命。
薩拉姆(A.Salam)和溫伯格(S.Weinberg)的
弱電統(tǒng)一理論，把分別描述電磁力和弱力的兩條規(guī)律，簡(jiǎn)化為一條規(guī)律。而M理論的最終目標(biāo)，是要用一條規(guī)律來描述已知的所有力(電磁力、弱力、強(qiáng)力、引力)。當(dāng)前，有利于M理論的證據(jù)與日俱增，已取得令人振奮的進(jìn)展。M理論成功的標(biāo)志，在于讓量子力學(xué)與廣義相對(duì)論在新的理論框架中相容起來。
同弦論一樣，M理論的關(guān)鍵概念是超對(duì)稱性。所謂超對(duì)稱性，是指玻色子和費(fèi)米子之間的對(duì)稱性。玻色子是以印度
加爾各答大學(xué)物理學(xué)家玻色(S.N.Bose)的名字命名的；費(fèi)米子是以建議實(shí)施
曼哈頓工程的物理學(xué)家費(fèi)米(E.Fermi)的名字命名的。玻色子具有整數(shù)自旋，而費(fèi)米子具有半整數(shù)自旋。相對(duì)論性量子理論預(yù)言，粒子自旋與其統(tǒng)計(jì)性質(zhì)之間存在某種聯(lián)系，這一預(yù)言已在自然界中得到令人驚嘆的證實(shí)。
在超對(duì)稱物理中，所有粒子都有自己的超對(duì)稱伙伴。它們有與原來粒子完全相同的量子數(shù)(色、電荷、重子數(shù)、輕子數(shù)等)。玻色子的超伙伴必定是費(fèi)米子；費(fèi)米子的超伙伴必定是玻色子。盡管尚未找到超對(duì)稱伙伴存在的確切證據(jù)，但理論家仍堅(jiān)信它的存在。他們認(rèn)為，由于超對(duì)稱是
自發(fā)破缺的，超伙伴粒子的質(zhì)量必定比原來粒子的大很多，所以才無法在現(xiàn)有的加速器中探測(cè)到它的存在。
局部超對(duì)稱性，還提供將引力也納入物理統(tǒng)一理論的新途徑。
愛因斯坦廣義相對(duì)論，是根據(jù)廣義時(shí)空坐標(biāo)變換下的某些要求導(dǎo)出來的。在超對(duì)稱時(shí)空坐標(biāo)變換下，局部超對(duì)稱性則預(yù)言存在“超引力”。在超引力理論中，
引力相互作用由一種自旋為2的玻色子(引力子)來傳遞；而引力子的超伙伴，是自旋為3/2的費(fèi)米子(引力微子)，它傳遞一種短程的
相互作用。
歷史的玩笑：回到11維
廣義相對(duì)論沒有對(duì)時(shí)空維數(shù)規(guī)定上限，在任何維黎曼流形上都能建立引力理論。超引力理論卻對(duì)時(shí)空維數(shù)規(guī)定了一個(gè)上限——11維。更吸引人的是，已經(jīng)證明，11維不僅是超引力容許的最大維數(shù)，也是納入等距群SU(3)×SU(2)×U(1)的最小維數(shù)。描述強(qiáng)力的
標(biāo)準(zhǔn)模型，即
量子色動(dòng)力學(xué)，是基于定域?qū)ΨQ群SU(3)的
規(guī)范理論，它的量子叫做膠子，作用于一個(gè)叫“色”的內(nèi)稟量子數(shù)上。描述弱力和電磁力的溫伯格-薩拉姆模型，是基于SU(2)×U(1)的
規(guī)范理論。這個(gè)規(guī)范群作用在“味道”上，而不是在“顏色”上，它不是精確的，而是
自發(fā)破缺的。由于這些理由，許多物理學(xué)家開始探討11維的超引力理論，期望這就是他們尋求的統(tǒng)一理論。
然而，在手征性面前，引力理論的一根支柱突然倒塌了。手征性2是自然界的一個(gè)重要特征，許多自然對(duì)象都有類似于人的左手與右手那樣的對(duì)稱性。像中微子的自旋，就始終是左手的。
20世紀(jì)20年代，波蘭人卡盧扎(T.Kaluza)和瑞典人克萊因(O.Klein)，發(fā)現(xiàn)從高維空間約化到可觀測(cè)的4維時(shí)空的機(jī)制。若
11維超引力中的7維空間是緊致的，且其尺度為10-33厘米(緣此其不被覺察)，就會(huì)導(dǎo)出
粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型所需的SU(3)×SU(2)×U(1)對(duì)稱群。但是，在時(shí)空從11維緊致化到4維時(shí)，卻無法導(dǎo)出手征性來。到了1984年，超引力喪失領(lǐng)頭理論地位，超弦理論取而代之。當(dāng)時(shí)，“讓11維見鬼去吧！”——“夸克之父”蓋爾曼(M.Gell-Mann)的這句名言，表達(dá)了不少物理學(xué)家對(duì)11維的失望情緒。
從1984年起，人們認(rèn)定10維時(shí)空是最佳選擇，10維時(shí)空的弦論替代了11維時(shí)空的超引力理論。曾流行過五種弦論，其不同在于未破缺的超對(duì)稱性荷的數(shù)目，以及所帶有的規(guī)范群。在10維時(shí)空中，最小的旋量具有16個(gè)實(shí)分量，有三種弦論的守恒超荷恰巧對(duì)應(yīng)于這種情況，它們是類型Ⅰ、雜優(yōu)弦HE和HO。其余兩種弦論含有2個(gè)旋量超荷，稱為類型Ⅱ弦。其中，類型ⅡA的旋量具有相對(duì)的手征性，類型ⅡB的旋量具有相同的手征性。HE和HO二種雜優(yōu)弦，分別帶有E8×E8規(guī)范群和SO(32)規(guī)范群。類型Ⅰ弦也具有SO(32)規(guī)范群，它是開弦，而其余的4種弦是閉弦。重要的是，它們都是反常自由的，即弦論提供了一種與量子力學(xué)相容的引力理論。在這些理論中，HE弦至少在原則上能解釋所有已知粒子和力的性質(zhì)，當(dāng)然也包括手征性在內(nèi)。
然而，弦論絕非美輪美奐，至少可從四方面對(duì)它詰難。首先，人們本將弦論當(dāng)作物理統(tǒng)一理論來追尋，它的五種不同理論卻又給出了五種不同的宇宙，若人類生活在其中的一種宇宙之中，那么其余四種理論描述的宇宙，又是何等樣的生物居住其中呢？其次，若將粒子看作弦，那為什么不將它們看作膜，抑或看作p維客體——胚(brane)呢？再者，關(guān)于弦論的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，傳統(tǒng)的
粒子加速器方法，顯然受到技術(shù)和經(jīng)費(fèi)兩方面限制，然而新的方法又在何處？最后，超對(duì)稱性容許時(shí)空的最大維數(shù)是11維，為什么弦論只到10維就戛然而止了呢？余下的那一維是逃逸了，還是隱藏起來了呢？
歷史真會(huì)開玩笑，在人們讓11維“見鬼”十年之后，1994年開始了弦論的
第二次革命。此后，五種不同的弦論在本質(zhì)上被證明是等價(jià)的，它們可以從11維時(shí)空的M理論導(dǎo)出。經(jīng)歷了十年艱苦卓絕的辛勞，人們居然又回到了原來的時(shí)空維數(shù)，
否定之否定實(shí)在是條奧妙的哲理。
對(duì)偶性與M理論
M理論的11維真空，能用一個(gè)稱作11維時(shí)空
普朗克質(zhì)量mP的單一標(biāo)度表征。若將11維時(shí)空中的一個(gè)空間維度，取成半徑為R的圓周，就可以將它與類型ⅡA的弦論聯(lián)系起來。類型ⅡA弦論有一個(gè)無量綱的弦耦合常數(shù)gs，它由膨脹子場(chǎng)Φ(一種屬于類型ⅡA超引力多重態(tài)的無質(zhì)量標(biāo)量場(chǎng))的值決定。類型ⅡA的質(zhì)量標(biāo)度ms的平方，給出基本ⅡA弦的張力，11維與10維的ⅡA的參數(shù)之間的關(guān)系為(略去數(shù)值因子2π)ms2=RmP3，gs=Rms。
ⅡA理論中經(jīng)常使用的微擾分析，是將ms固定而對(duì)gs展開。從第二個(gè)關(guān)系式可見，這是關(guān)于R=0的展開，這也就是為什么在弦微擾論中沒有發(fā)現(xiàn)11維解釋的原因。半徑R是一個(gè)模(modulas)，它由帶有平坦勢(shì)的無質(zhì)量標(biāo)量場(chǎng)的值確定。若這個(gè)模取值為零，對(duì)應(yīng)于ⅡA理論；若取值無窮大，則對(duì)應(yīng)于11維理論。
雜優(yōu)弦HE與11維理論也有相似的聯(lián)系，差別在于緊致的空間不再是圓周，而是一條線段。這個(gè)緊致化會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)平行的10維切面，而每一面又對(duì)應(yīng)于一個(gè)E8規(guī)范群。引力場(chǎng)存在于塊中。從11維時(shí)空更能說明，為什么采用E8×E8規(guī)范群才會(huì)是量子力學(xué)“反常自由”的。
早在本世紀(jì)初，德國(guó)女學(xué)者諾特(A.Noether)證明了一條著名定律：對(duì)稱性對(duì)應(yīng)于某一種物理
守恒定律。電荷、色荷，以及別的守恒荷，都能看成是諾特荷。某些粒子的特性在場(chǎng)變形下保持不變，這樣的守恒律稱為拓?fù)涞?，其守恒荷為拓?fù)浜伞０凑諅鹘y(tǒng)觀點(diǎn)，輕子與夸克被認(rèn)作是基本粒子，而單極子等攜帶拓?fù)浜傻墓伦邮桥缮?。是否能顛倒過來猜想呢？即猜想單極子帶諾特荷，而電子帶拓?fù)浜赡?？這一猜想被稱作蒙托南-奧利夫(Montonen-Olive)猜想，它給物理計(jì)算帶來了意料不到的驚喜。帶有e荷的基本粒子等價(jià)于1/e的拓?fù)涔伦樱Ｗ拥暮蓪?duì)應(yīng)于它的
相互作用耦合強(qiáng)度?？淇说鸟詈蠌?qiáng)度較強(qiáng)，因而不能用微擾論計(jì)算，但可用耦合強(qiáng)度較弱的對(duì)偶理論計(jì)算。
這方面的一個(gè)突破性進(jìn)展，是由印度物理學(xué)家森(AshokeSen)取得的。他證明，在
超對(duì)稱理論中，必然存在既帶電荷又帶磁荷的孤子。當(dāng)這一猜測(cè)推廣到弦論后，它被稱作S對(duì)偶性。S對(duì)偶性是強(qiáng)耦合與弱耦合之間的對(duì)偶性，由于耦合強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于膨脹子場(chǎng)Φ的值。雜優(yōu)弦HO與類型I弦可通過各自的膨脹子場(chǎng)聯(lián)系起來，即Φ(I)＋Φ(HO)=0。
弱HO耦合對(duì)應(yīng)Φ(HO)=-∞，而強(qiáng)HO耦合對(duì)應(yīng)Φ(HO)=＋∞。可見，雜優(yōu)弦是I型弦的非微擾激發(fā)態(tài)。這樣，S對(duì)偶性便解釋了一個(gè)長(zhǎng)期令人疑惑的問題：HO弦與I型弦,有著相同的超對(duì)稱荷和規(guī)范群SO(32)，卻有著非常不同的性質(zhì)。
在弦論中，還存在著一種在大小緊致體積之間的對(duì)偶性，稱作T對(duì)偶性。舉例來說，ⅡA理論在某一半徑為RA的圓周上緊致化和ⅡB理論在另一半徑為RB的圓周上緊致化，兩者是等價(jià)的，且有關(guān)系RB=(ms2RA)-1。
于是，當(dāng)模RA從無窮大變到零時(shí)，RB從零變到無窮大，這給出了ⅡA和ⅡB之間的聯(lián)系。兩種雜優(yōu)弦間的聯(lián)系，雖有技術(shù)細(xì)節(jié)的不同，本質(zhì)卻是一樣的。
弦論還有一個(gè)定向反轉(zhuǎn)的對(duì)稱性，如將定向弦進(jìn)行投影，將會(huì)得到兩種不同的結(jié)果：扭曲的非定向開弦和不扭曲的非定向閉弦。這就是ⅡB型弦和I型弦之間的聯(lián)系。在M理論的語言中，這一結(jié)果被說成:開弦是狄利克雷胚的衍生物。
p胚的分類與對(duì)偶
眾所周知，有質(zhì)量的矢量粒子有3個(gè)極化態(tài)，而無質(zhì)量的光子只有2個(gè)極化態(tài)。無質(zhì)量態(tài)可以看作是有質(zhì)量態(tài)的
臨界狀態(tài)。在4維時(shí)空的龐加萊對(duì)稱性中，用小群表示描述光子態(tài)。小群表示又稱短表示，這一代數(shù)結(jié)構(gòu)可以推廣到11維
超對(duì)稱理論。
臨界質(zhì)量也會(huì)在M理論中重現(xiàn)。由諾特定理，能量和動(dòng)量守恒是
如果將BPS態(tài)概念應(yīng)用到p胚，這時(shí)中心荷用一個(gè)p秩張量來描述，BPS條件化作p胚的單位體積質(zhì)量等于荷密度。處于BPS態(tài)的p胚將是一個(gè)保留某種超對(duì)稱性的低能有效理論的解。Ⅱ型弦與11維超引力都含有兩類BPS態(tài)p胚，一類稱為電的，另一類稱為磁的，它們都保留了一半的超對(duì)稱性。
在10維弦論中，據(jù)弦張力Tp與弦耦合常數(shù)gs的依賴關(guān)系，p胚可分成三類。當(dāng)Tp獨(dú)立于gs，且與弦質(zhì)量參數(shù)的關(guān)系為Tp∽(ms)p＋1，則稱胚為基本p胚；這種情形僅發(fā)生在p=1時(shí)，故又稱它為基本弦；這又是在弱耦合下僅有的解，故它又是僅可使用微擾的弦。當(dāng)弦張力Tp∽(ms)p＋1/gs2，則稱胚為孤子p胚；事實(shí)上這僅發(fā)生在p=5時(shí)，它是基本弦的磁對(duì)偶，記作NS5胚。當(dāng)Tp∽(ms)p＋1/gs，則稱胚為狄利克雷p胚，記作Dp胚，其性質(zhì)介于基本弦和孤子之間。通過磁對(duì)偶性，Dp胚將與Dp′胚聯(lián)系起來，其中p＋p′=6。
在11維時(shí)空中，存在兩類p胚：一類是曾被命名為超膜的M2胚，另一類稱為M5胚的5胚，它們互為電磁對(duì)偶。11維理論僅有一個(gè)特征參數(shù)mP，它與弦張力Tp的關(guān)系為Tp∽(mP)p＋1。將11維理論通過其中1維空間作圓周緊致化,能導(dǎo)出ⅡA型理論。那么，p胚在這個(gè)緊致化過程中將做出什么變化呢？p胚的空間維數(shù)可以占據(jù)或不占據(jù)緊致維。倘若占據(jù)，M2胚將卷曲成基本弦，M5胚卷曲成D4胚；倘若不占據(jù)，M2胚化作D4胚，M5化作NS5胚。
將掀起一場(chǎng)宇宙學(xué)風(fēng)暴嗎
當(dāng)年，許多物理學(xué)家之所以舍棄11維超引力，無情地讓它“見鬼”去，乃因威滕等人認(rèn)為，在將11維緊致化到4維時(shí)，無法導(dǎo)出手征性。十年后，威滕又否定了自己，這一否定正是威滕雄渾浩博哲學(xué)氣息的表露。事實(shí)上，獨(dú)立于人類而存在的外部世界，就像一個(gè)巨大而永恒的謎，對(duì)這個(gè)世界作凝視沉思，就像尋求解放一樣，吸引著每一個(gè)具有哲學(xué)氣息的物理學(xué)家。
威滕和荷拉伐(PeterHorava)發(fā)現(xiàn)，從11維的M理論可以找到手征性的起源。他們將M理論中的一個(gè)空間維數(shù)收縮成一條線段，得到兩個(gè)用該線段聯(lián)系起來的10維時(shí)空。粒子和弦僅存在于線段兩端的兩個(gè)平行的時(shí)空中，它們通過引力彼此聯(lián)系。物理學(xué)家猜測(cè)，宇宙中所有的可見物質(zhì)位于其中的一個(gè)，而困擾著物理學(xué)家的暗物質(zhì)則在另一個(gè)平行的時(shí)空中，物質(zhì)與暗物質(zhì)之間僅通過引力相聯(lián)系。這樣，便可巧妙地解釋宇宙中為什么存在看不到的質(zhì)量。
這一圖象具有極其重要的物理意義，可用來檢驗(yàn)M理論。70年代，物理學(xué)家已認(rèn)識(shí)到，所有相互作用的耦合強(qiáng)度隨能量變化，即耦合常數(shù)不再是常數(shù)，而是能量的函數(shù)，并給它取了個(gè)形象的名稱——跑步耦合常數(shù)。90年代，物理學(xué)家又發(fā)現(xiàn)，在超對(duì)稱
大統(tǒng)一理論中，電磁力、弱力與強(qiáng)力的耦合強(qiáng)度，會(huì)聚在能量標(biāo)度E約為1016吉電子伏的那一點(diǎn)上。物理學(xué)家們?yōu)檫@一成功喝彩不已，一些帶有浪漫情結(jié)的評(píng)論家甚至認(rèn)為，超對(duì)稱已取得最終的勝利，不必再等待
2005年在LHC對(duì)撞機(jī)上的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。
然而，這里只統(tǒng)一了宇宙四大
基本相互作用中的三個(gè)，還有一個(gè)引力。對(duì)這個(gè)人類最先認(rèn)識(shí)的引力，又將如何處置呢？給人啟迪的是，上述三力統(tǒng)一的耦合強(qiáng)度與無量綱量GE2(G為牛頓引力常數(shù))相近，而不相等。在威滕-荷拉伐方案中，可選擇線段的尺寸，使已知的四種力一起會(huì)聚在同一能量標(biāo)度E上。這就是說，引力的量子效應(yīng)，將在比
普朗克能量標(biāo)度低得多的標(biāo)度(E≈1016吉電子伏)上起作用，這無疑將對(duì)宇宙學(xué)產(chǎn)生全面的影響。如果宇宙學(xué)家們抬頭看看自己的窗外，也許會(huì)警覺到暴風(fēng)雨正在醞釀，但是絕大多數(shù)人仍繼續(xù)沉溺在慶祝
標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型的杯光酒影之中。
黑胚：M理論的卓越成就
當(dāng)其他類型的力不存在時(shí)，所有受引力作用的系統(tǒng)都會(huì)坍縮成黑洞。地球之所以沒有被它自身的重量壓垮，是因?yàn)闃?gòu)成它的物質(zhì)很硬，這硬度來源于電磁力。同樣，太陽之所以沒有坍縮，也只是因?yàn)樘杻?nèi)部的核反應(yīng)產(chǎn)生了巨大的外向力。假如地球和太陽失去這些力，就會(huì)在短短的幾分鐘之內(nèi)收縮，且越縮越快。隨著收縮，引力會(huì)增加，收縮的速度也隨之加快，從而將它們吞沒在逐步上升的
時(shí)空彎曲里，變成黑洞。從外部看黑洞，那里的時(shí)間好像停止了，不會(huì)看到進(jìn)一步的變化。黑洞所代表的，就是受引力作用系統(tǒng)的最終平衡態(tài)，該態(tài)相當(dāng)于最大的熵。盡管目前對(duì)一般的量子引力尚不明了，霍金(StephenHawking)卻利用量子論，成功地對(duì)黑洞提出了一個(gè)熵的公式。這個(gè)事實(shí)，有時(shí)被叫做黑洞悖論。
在廿多歲就解決規(guī)范場(chǎng)量子化問題的荷蘭
在某些情形下，Dp胚可以解釋成為黑洞，或者更恰當(dāng)?shù)卣f是黑胚，即是任何物質(zhì)(包括光在內(nèi))都不能從中逃逸的客體。于是，開弦可以看成是有一部分隱藏在黑胚之中的閉弦?？梢詫⒑诙纯闯墒怯?個(gè)緊致維的黑胚構(gòu)成的,從而M理論將為解決黑洞悖論提供途徑?；艚鹫J(rèn)為黑洞并不是完全黑的，它可以輻射出能量。黑洞有熵，熵是用量子態(tài)數(shù)目來衡量的一個(gè)系統(tǒng)的無序程度。在M理論之前，如何清點(diǎn)黑洞量子態(tài)數(shù)目，人們束手無策。斯特龍明格(AndrewStrominger)和瓦法(CumrunVafa)利用Dp胚方法，計(jì)算了黑胚中的量子態(tài)數(shù)目。他們發(fā)現(xiàn)，計(jì)算所得的熵與霍金預(yù)言的完全一致。這無疑是M理論取得的又一項(xiàng)卓越成就。
10維弦論緊致化到4維的方式有成千上萬種，不同方式產(chǎn)生出4維世界中不同的運(yùn)行機(jī)制。于是，不信弦的人認(rèn)為，這根本就沒作預(yù)測(cè)。然而，在M理論中，黑胚有望解決這一難題?，F(xiàn)已證明，當(dāng)黑胚包繞著一個(gè)洞收縮時(shí)，黑胚的質(zhì)量將會(huì)消失。這一性質(zhì)將對(duì)時(shí)空本身產(chǎn)生絕妙的影響，它將改變經(jīng)典拓?fù)鋵W(xué)的法則，使得時(shí)空拓?fù)浒l(fā)生變化。一個(gè)帶有若乾洞的時(shí)空，可以想象成一塊滬上的早點(diǎn)——蜂糕。在黑胚作用下，它變成了另一塊蜂糕，即變成了另一帶有不同數(shù)目洞的時(shí)空。利用這一方法，可以把所有不同的時(shí)空聯(lián)系起來。這樣，對(duì)弦緊致問題的詰難，就容易解決了。M理論最終將依照某種極值原理，選擇一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)空，弦就在這個(gè)時(shí)空中生存下來。接下來便是，振動(dòng)著的弦將產(chǎn)生人類已知的粒子和力，也就是產(chǎn)生出人類所處的現(xiàn)實(shí)世界。仍然是個(gè)未決問題
盡管M理論已取得累累碩果，然而種種跡象表明，已經(jīng)窺見的不過是些“雪泥鴻爪”而已，最深層的奧秘尚待揭示，什么是M理論的真面貌，仍然是一個(gè)未決問題。盡管M理論的成功，使弦論學(xué)家擺脫了昔日的困境，但他們必將以“往日崎嶇還記否？路長(zhǎng)人困蹇驢嘶。”來勉勵(lì)自己3，希望在今后幾年中發(fā)現(xiàn)M理論的真面目。
美國(guó)學(xué)者蘇什金(LeonardSusskind)等人，進(jìn)行了一次新嘗試，他們稱M理論為矩陣?yán)碚?英語中矩陣一詞，也是以M開頭的)。試圖給M理論下一個(gè)嚴(yán)格的定義。矩陣?yán)碚摰幕A(chǔ)是無窮多個(gè)0胚(也就是粒子)，這些粒子的坐標(biāo)(即時(shí)空位置)不再是通常的數(shù)，而是相互之間不能對(duì)易的矩陣。在矩陣?yán)碚撝?，時(shí)空本身成了一個(gè)模糊的概念，這一方法使物理學(xué)家大為振奮。施瓦茨呼吁大家關(guān)心這些研究，同時(shí)指出矩陣?yán)碚摵幸粋€(gè)重要的未決問題：“當(dāng)多個(gè)空間緊致維數(shù)出現(xiàn)時(shí)，在矩陣?yán)碚撝杏铆h(huán)面Tn緊致化將會(huì)遇到困難，或許會(huì)找到更好的緊致化方法，否則新的研究是必要的。”
愛因斯坦說：“關(guān)于這個(gè)世界，最不可理解的是，這個(gè)世界是可以理解的。”今天，對(duì)于M理論，最不可理解的是，它居然已經(jīng)把理解世界推進(jìn)了一大步。霍金闡釋“M理論”
科學(xué)大師霍金教授在北京國(guó)際會(huì)議中心，作主題為“膜的新奇世界”的科普?qǐng)?bào)告。與昨天的國(guó)際弦理論會(huì)議不同的是，霍金教授今天下午運(yùn)用他特殊的點(diǎn)擊電腦方式，用更為“公眾”、更為“通俗”的語言，向北京公眾闡釋了他的關(guān)于天體演化的“M理論”。
當(dāng)霍金教授出現(xiàn)在報(bào)告廳里，現(xiàn)場(chǎng)觀眾全體起立歡迎這位輪椅上的偉人，熱烈的掌聲接連響起三次。報(bào)告在語音合成器俏皮的聲音中開始了。在近兩個(gè)小時(shí)的過程中，他就用手中的控制器做著報(bào)告，一幅幅生動(dòng)的圖片將觀眾帶入了一個(gè)神奇的世界。在近兩個(gè)小時(shí)的報(bào)告中，現(xiàn)場(chǎng)觀眾鴉雀無聲，只有中間的幾個(gè)小幽默讓聽眾爆發(fā)出一陣陣笑聲。
簡(jiǎn)單的東西需要復(fù)雜起來才能打動(dòng)人，相反，霍金用簡(jiǎn)單的語言闡釋了當(dāng)今世界最為高深的理論。我們的眼睛只有三維，但霍金要用簡(jiǎn)單的語言解釋十維的空間，霍金的“M理論”把觀眾置于了一個(gè)平常無法想象的平臺(tái)。報(bào)告對(duì)“M理論”的講解深入淺出，據(jù)記者介紹，如果讀過霍金的《
時(shí)間簡(jiǎn)史》，對(duì)“天才”的精彩演講可能會(huì)領(lǐng)悟得更多。然而天才最容易成為明星，而觀眾似乎成了“追星族”。
由于準(zhǔn)備充分，霍金教授的報(bào)告相當(dāng)成功，霍金教授整個(gè)過程只需輕點(diǎn)手指，就完成整個(gè)報(bào)告過程?；艚鸾淌诘膱?bào)告大約在5點(diǎn)10結(jié)束，之后他匆匆地離開了會(huì)議中心，在報(bào)告過程中沒有接受記者的提問報(bào)告結(jié)束后也沒有接受記者的采訪。
科學(xué)大師霍金教授來到中國(guó)之后，“霍金熱”迅速地席卷了中國(guó)大地。與病魔抗?fàn)幜?0多年的霍金，雖然現(xiàn)在只剩三個(gè)手指受自己支配，但他最不喜歡被看做殘疾人。盡管身體受到了束縛，但霍金的大腦卻從沒停止過對(duì)浩瀚宇宙的思考。
“弦理論”是當(dāng)今物理學(xué)界最大膽的理論假說。它第一次將廣義相對(duì)論和量子力學(xué)這兩大基礎(chǔ)理論統(tǒng)一起來，有望解決一些長(zhǎng)期困擾物理學(xué)界的世紀(jì)難題，如黑洞的本質(zhì)和宇宙的起源等。如果這一理論被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，它將從根本上改變?nèi)藗儗?duì)
物質(zhì)結(jié)構(gòu)、
空間和時(shí)間的認(rèn)識(shí)。
“弦理論”的一個(gè)基本觀點(diǎn)就是認(rèn)為自然界的基本單元不是像電子、光子和夸克這樣的粒子，這些看起來像基本粒子的東西實(shí)際上都是很小很小的弦的閉合圈(稱為閉合弦或閉弦)，閉弦的不同振動(dòng)和運(yùn)動(dòng)就給出這些不同的基本粒子。而最近，人們對(duì)弦理論結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)又有了飛速的進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了弦理論中的許多新組元(“膜”)。現(xiàn)在人們通常把弦理論和這些新引進(jìn)的理論稱為“膜理論”。
早在愛因斯坦生命中的最后30年里，他一直在尋找一種理論一個(gè)能在單獨(dú)的包羅萬象的數(shù)學(xué)框架下描寫自然界所有力的理論。雖然愛因斯坦空手而歸，但今天，部分物理學(xué)家卻相信他們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能把這些知識(shí)縫合的理論，就是超弦理論，這也就是霍金來參加的“北京國(guó)際弦理論會(huì)議”的主題。
這些理論對(duì)于只具有普通知識(shí)的公眾來說是非常難以理解的。例如，我們?nèi)庋鬯吹降奈矬w是三維空間的，如果加上時(shí)間維度，則是四維。但“膜理論” 卻揭示了弦理論的第
10維空間方向，因?yàn)槔碚摰淖畲缶S度是11維。而且認(rèn)為我們現(xiàn)在就有可能探測(cè)那些額外的維度。那么它究竟是怎么回事呢？也許只有霍金才能通俗地解釋這一切，答案可能就在他的科普?qǐng)?bào)告會(huì)上。
霍金生平及成就
霍金的生平非常富有傳奇性。在科學(xué)成就上，他是有史以來最杰出的科學(xué)家之一。
霍金是當(dāng)代最重要的廣義相對(duì)論家和宇宙論家。70年代他和彭羅斯一道證明了著名的奇性定理，他們共同獲得了1988年的沃爾夫物理獎(jiǎng)。
1980年以后，他的興趣轉(zhuǎn)向
量子宇宙論。他在
1982年開始寫《
時(shí)間簡(jiǎn)史》?；艚鹫J(rèn)為他一生的貢獻(xiàn)是，在經(jīng)典物理的框架里，證明了黑洞和大爆炸奇點(diǎn)的不可避免性，黑洞越變?cè)酱?；但在量子物理的框架里，他指出，黑洞因輻射而越變?cè)叫。蟊ǖ钠纥c(diǎn)不但被量子效應(yīng)所抹平，而且整個(gè)宇宙正是起始于此。
從1988年4月首版以來，此書已被翻譯成30種文字，并出售了大約550萬冊(cè)。
《PBS弦理論與M理論》
中文名稱：PBS弦理論與M理論
英文名稱：String Theory And M Theory
資源類型：DVDRip
發(fā)行時(shí)間：2005年 地區(qū)：美國(guó)
語言：英語
資源分類： 資料/紀(jì)錄片
簡(jiǎn)介： 弦理論是一門理論物理學(xué)上的學(xué)說。理論里的物理模型認(rèn)為組成所有物質(zhì)的最基本單位是一小段“能量弦線”，大至星際銀河，小至電子， 質(zhì)子，夸克一類的基本粒子都是由這占有二度空間的“能量線”所組成。中文的翻譯上，一般是譯作“弦”或“弦”。
較早時(shí)期所建立的粒子學(xué)說則是認(rèn)為所有物質(zhì)是由只占ㄧ度空間的“點(diǎn)”狀粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預(yù)測(cè)相當(dāng)多的物理現(xiàn)象和問題，但是此理論所根據(jù)的“粒子模型”卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，“弦理論”的基礎(chǔ)是“波動(dòng)模型”，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學(xué)說不只是描述“弦”狀物體，還包含了點(diǎn)狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。值得注意的是，弦理論目前尚未能做出可以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，關(guān)於這一點(diǎn)，以下內(nèi)文會(huì)說明。
超弦論與M理論評(píng)價(jià)
超弦論與M理論評(píng)價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出了人類的想象
廣義相對(duì)論與量子力學(xué)的統(tǒng)一還十分遙遠(yuǎn)
當(dāng)代科學(xué)家沒有人能畫出完美的Hubble圖，標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)的R--W度規(guī)憑空創(chuàng)設(shè)，把Hubble定律硬插入，所以Hubble常教H的取值，沒有人們公認(rèn)的準(zhǔn)確值。對(duì)宇宙觀測(cè)的
數(shù)據(jù)分析，各人所需，在國(guó)際網(wǎng)站上天文學(xué)的頂尖學(xué)者的論文沒有準(zhǔn)確的H值。紅移在大于1以上的星系上的物理，化學(xué)事件等，無法精確反映。特別是中國(guó)晨興數(shù)學(xué)中心主任丘成桐，他在該中心網(wǎng)站上吹噓，弦論接近解析宇宙起源最終成因。但是弦論僅是數(shù)學(xué)家的推導(dǎo)，他們連宇宙紅移成因都不清楚，完不成Hubble圖，任何人的宇宙起源論說法，都是謬論。所以引力與微觀的四種力想統(tǒng)一，確實(shí)遙遠(yuǎn)。任何人要成真正的宇宙論者，不是從愛因斯坦的引力場(chǎng)方程去找宇宙論，必須從紅移
數(shù)據(jù)分析，找到距離與紅移的關(guān)系，不解
愛因斯坦引力場(chǎng)方程，直接在現(xiàn)引力度規(guī)球?qū)ΨQ找出，繪出完美的Hubble圖，任何學(xué)過廣義相對(duì)論普通學(xué)生都可以理解推導(dǎo)的簡(jiǎn)單的宇宙度規(guī)。這時(shí)你會(huì)發(fā)現(xiàn)宇宙論多么可笑。
