(2)下作相應的變換\o"查看圖片"

公式由它定義的場強正好為麥克斯韋方程組所描述，它與波函數(shù)ψ所描述的帶電粒子的相互作用，正好是熟知的電磁相互作用，因此，它就是電磁場的矢量勢。這樣，就完成了由韋耳開頭嘗試的從定域規(guī)范變換不變性導出電磁理論的工作。只是，規(guī)范變換已經(jīng)從原來的定義換成由式(1)及(2)所規(guī)定的相位的變換，前者與時空無關，稱為整體規(guī)范變換，后者與時空有關，稱為定域規(guī)范變換。由定域規(guī)范變換下不變性所要求存在的場，稱為規(guī)范場。變換(2)在數(shù)學上構成單參數(shù)的幺正變換群U(1)，這種變換往往被稱為U（1）定域規(guī)范變換。電磁場就是U(1)定域規(guī)范變換不變性所要求的規(guī)范場。這種場的量子就是光子，它的質量為零，自旋為媡,是傳遞電磁作用【它在U(1)定域規(guī)范變換下不變】的量子。編輯本段阿貝耳規(guī)范場和非阿貝耳規(guī)范場很早發(fā)現(xiàn)，質子和中子是同一種粒子──核子的兩個不同的狀態(tài)，它們具有一種新的量子數(shù)──同位旋，核力在同位旋空間的轉動下具有不變的性質。上述U(1)幺正變換群是可以對易的。即先后兩次變換的次序可以對易，在數(shù)學上稱為阿貝耳群,而同位旋的轉動變換也構成一個3參量的幺正幺模變換群SU(2)，它是不可對易的,在數(shù)學上稱為非阿貝耳群。核子的波函數(shù)在同位旋的轉動下的性質也可以表示為一種相位的變換,不過與U(1)變換的情況不同,這里的相位的改變含有3個參量,在相位的整體變換（整體規(guī)范變換）下的不變性，意味著同位旋的守恒。在20世紀30年代就建立了具有整體同位旋不變性的核子力理論。到了50年代，發(fā)現(xiàn)的粒子越來越多，它們之間的相互作用也顯得越來越紛繁，楊振寧認識到必須尋找決定相互作用的原則。U(1)定域不變性只決定電磁相互作用。楊振寧嘗試建立更普遍的導致相互作用的具有定域不變性的理論。1954年，楊振寧和R.L.密耳斯提出具有定域同位旋不變性的理論,發(fā)現(xiàn)必須引進三種矢量規(guī)范場,它們形成同位旋轉動群SU(2)的伴隨表示。他們發(fā)現(xiàn)這些規(guī)范場的量子的自旋為媡，同位旋為1,電荷分別為e、-e和0,但他們無法判定其質量多大。這一理論和電磁理論都具有定域不變性,但它們之間有一點重要的差別,光子之間不存在直接的相互作用，而楊振寧和密耳斯提出的理論中的規(guī)范場的量子之間有直接的相互作用。楊振寧和密耳斯的討論可直接推廣到其他非阿貝耳規(guī)范變換群的情況。如果規(guī)范變換群是阿貝耳群，則定域規(guī)范變換不變性所規(guī)定的規(guī)范場稱為阿貝耳規(guī)范場；如果規(guī)范變換群是非阿貝耳群，則定域規(guī)范變換不變性所規(guī)定的規(guī)范場稱為非阿貝耳規(guī)范場。編輯本段規(guī)范場的力程為了研究規(guī)范場的力程,楊振寧和李政道于1955年研究發(fā)現(xiàn)如果重子數(shù)守恒定律（見重子）是一種定域不變性的后果，則這種定域不變性所導致的阿貝耳規(guī)范場理論的數(shù)學形式和電磁場理論的數(shù)學形式十分相像，必然成為傳遞一種長程力的媒介。但在實驗上沒有觀察到這種長程力。這就在一段時間內使人們除電磁現(xiàn)象以外，不知道如何在物理上具體應用規(guī)范場理論。1964年P.W.黑格斯等人指出，如果真空的這種對稱性不是嚴格的，而是按一定方式破缺──真空對稱性自發(fā)破缺──的話，則規(guī)范場的量子可以具有質量。因此,規(guī)范場的量子可以是無質量的或有質量的,視真空的相應的對稱性是嚴格的或破缺的而定。編輯本段規(guī)范場和基本相互作用物理規(guī)律在定域規(guī)范變換下的不變性，必然導致規(guī)范場的存在，使由規(guī)范場傳遞的，粒子之間在此定域規(guī)范變換下的不變的相互作用有確定的形式。能否把四種已知的相互作用──電磁相互作用、弱相互作用、強相互作用和引力相互作用，都用規(guī)范變換的對稱原理推導出來，這是一個很有吸引力的想法。在1967年及1968年，S.溫伯格和A.薩拉姆把黑格斯等人提出的使非阿貝耳規(guī)范場獲得質量的真空對稱性自發(fā)破缺的機制（黑格斯機制），用于由S.L.格拉肖提出的弱作用與電磁作用所具有的SU(2)×U(1)群規(guī)范對稱性，用定域規(guī)范變換不變原理將兩種相互作用統(tǒng)一起來：對稱性自發(fā)破缺以后剩下一個不破缺的電磁規(guī)范不變性，相應的規(guī)范場量子是無質量的光子，其余三種規(guī)范場量子是有質量的矢量粒子W±和Z0，它們傳遞弱相互作用。這個理論的許多預言，都經(jīng)受了實驗檢驗，特別是它預言的三個粒子W±和Z0，已分別在1983年1月和6月被發(fā)現(xiàn)，而且其性質與理論預言的相符。目前這個理論已被接受為電磁作用與弱作用的基本理論（見電弱統(tǒng)一理論）。1964年,在M.蓋耳－曼和G.茲韋克提出強子由夸克構成的圖像之后，就開始了把強相互作用建立在夸克之間的相互作用上的嘗試。隨后發(fā)現(xiàn)，夸克具有一種新的量子數(shù)──色荷,相應的對稱性是在色空間中轉動的SU(3)變換下的不變性。建立在SU(3)定域規(guī)范變換下不變性的強作用的理論，就是量子色動力學，相應的規(guī)范場的量子是膠子,共有8種。量子色動力學是目前研究得最多的強作用理論。電弱相互作用統(tǒng)一理論的成就，促使物理學家探討把各種相互作用在規(guī)范對稱性的基礎上統(tǒng)一起來的可能性。把電、弱、強三種作用統(tǒng)一起來的嘗試，稱為大統(tǒng)一理論。每個纖維叢有個連續(xù)滿射π:E→B使得E對于某個F(稱為纖維空間)局部看來象直積空間B×F(這里局部表示在B上局部。)一個可以整體上如此表達的叢(通過一個保持π的同胚)叫做平凡叢。叢的理論建立在如何用一些比這個直接的定義更簡單的方法表達叢不是平凡叢的意義的問題之上。纖維叢擴展了矢量叢，矢量叢的主要實例就是流形的切叢。他們在微分拓撲和微分幾何領域有著重要的作用。他們也是規(guī)范場論的基本概念。編輯本段形式化定義一個纖維叢由四元組(E,B,π,F)組成,其中E,B,F是拓撲空間而π:E→B是一個連續(xù)滿射，滿足下面給出的局部平凡條件。B稱為叢的基空間，E稱為總空間,而F稱為纖維。映射π稱為投影映射.下面我們假定基空間B是連通的。我們要求對于B中的每個x,存在一個x的開鄰域U，使得π?1(U)是同胚于積空間U×F的,并滿足π轉過去就變成到第一個因子的投影。也就是一下的圖可交換:其中Proj1:U×F→U是自然投影而φ:π^-1(U)→U×F是一個同胚。所有{(U,φ)}的集合稱為叢的局部平凡化。對于B中每個x,原象π^-1(x)和F同胚并稱為x上的纖維.一個纖維叢(E,B,π,F)經(jīng)常記為以引入一個空間的短恰當序列。注意每個纖維從π:E→B都是一個開映射,因為積空間的投影是開映射。所以B有由映射π決定的商拓撲.一個光滑纖維叢是一個在光滑流形的范疇內的纖維叢。也就是，E,B,F都必須是光滑流形而所有上面用到的函數(shù)都必須是光滑映射。這是纖維叢研究和使用的通常環(huán)境。編輯本段例子令E=B×F并令π:E→B為對第一個因子的投影，則E是B上的叢.這里E不僅是局部的積而且是整體的積。任何這樣的纖維叢稱為平凡叢.莫比烏斯帶是圓上的非平凡叢。最簡單的非平凡叢的例子可能要算莫比烏斯帶(Möbiusstrip).莫比烏斯帶是一個以圓為基空間B并以線段為纖維F的叢。對于一點的鄰域是一段圓弧；在圖中，就是其中一個方塊的長。原象π^-1(x)在圖中是個(有些扭轉的)切片，4個方塊寬一個方塊長。同胚φ把U的原象映到柱面的一塊:彎曲但不扭轉.相應的平凡叢B×F看起來像一個圓柱,但是莫比烏斯帶有個整體上的扭轉。注意這個扭轉只有整體上才能看出來；局部看來莫比烏斯帶和圓柱完全一樣(在其中任何一個豎直的切一刀會產生同樣的空間).一個類似的非平凡叢是克萊因瓶，它可以看作是一個"扭轉"的圓在另一個圓上的叢。相應的平凡叢是一個環(huán)，S1×S1.一個覆蓋空間是一個以離散空間為纖維的纖維叢。纖維叢的一個特例，叫做矢量叢,是那些纖維為矢量空間的叢(要成為一個矢量叢，叢的結構群—見下面—必須是一個線性群)。矢量叢的重要實例包括光滑流形的切叢和余切叢。另一個纖維叢的特例叫做主叢。更多的例子參看該條目。一個球叢是一個纖維為n-球的纖維叢。給定一個有度量的矢量叢(例如黎曼流形的切叢),可以構造一個相應的單位球叢,其在一點x的纖維是所有Ex的單位矢量的集合.編輯本段纖維叢的截面纖維叢的截面(section或者crosssection)是一個連續(xù)映射f:B→E使得π(f(x))=x對于所有B中的x成立。因為叢通常沒有全局有定義的截面，理論的一個重要作用就是檢驗和證明他們的存在性。這導致了代數(shù)拓撲的特征類理論。纖維叢的局部截面是一個連續(xù)映射截面經(jīng)常只被局部的定義(特別是當全局截面不存在時)。纖維叢的局部截面是一個連續(xù)映射f:U→E其中U是一個B中的開集而π(f(x))=x對所有U中的x成立。若(U,φ)是一個局部平凡化圖，則局部截面在U上總是存在的。這種截面和連續(xù)映射U→F有1-1對應。截面的集合組成一個層(sheaf)。結構群(Structuregroups)和轉換函數(shù)(transitionfunctions)纖維叢對稱群描述重疊的圖之間的兼容條件纖維叢經(jīng)常有一個對稱群描述重疊的圖之間的兼容條件。特別的，令G為一個拓撲群，它連續(xù)的從左邊作用在纖維空間F上。不失一般性的，我們可以要求G有效的作用在F上，以便把它看成是F的同胚群。叢的一個G-圖集(E,B,π,F)是一個局部平凡化，使得對任何兩個重疊的圖(Ui,φi)和(Uj,φj)函數(shù)可以這樣給出:其中是一個稱為變化函數(shù)的連續(xù)映射。兩個G-圖集等效如果他們的并也是一個G-圖集。一個G-叢是一個有G-圖集等價類的纖維叢。群G成為該叢的結構群.在光滑范疇中，一個G-叢是一個光滑纖維叢，其中G是一個李群而相應的在F上的作用是光滑的并且變換函數(shù)都是光滑映射。變換函數(shù)tij滿足以下條件tii(x)=1tij(x)=tji(x)^-1tik(x)=tij(x)tjk(x)這三個條件用到重疊的三元組上叫做余鏈條件cocyclecondition(見?ech上同調).一個主叢是一個G-叢，其纖維可以認為是G本身，并且有一個在全空間上的G的右作用保持纖維不變。弦理論是一門理論物理學上的學說。理論里的物理模型認為組成所有物質的最基本單位是一小段“能量弦線”，大至星際銀河，小至電子，質子，夸克一類的基本粒子都是由這占有二維時空的“能量線”所組成。中文的翻譯上，一般是譯作“弦”.超弦理論可以解決和黑洞相關的問題\o"查看圖片"

弦理論在弦理論中，基本對象不是占據(jù)空間單獨一點的基本粒子，而是一維的弦。這些弦可以有端點，或者他們可以自己連接成一個閉合圈環(huán)。正如小提琴上的弦，弦理論中支持一定的振蕩模式，或者共振頻率，其波長準確地配合。\o"查看圖片"

弦理論\o"查看圖片"

弦理論右3張圖片編輯:張嘉年編輯本段模型建立較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由只占一度空間的“點”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測相當多的物理現(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。比如，在靠近粒子的地方的引力會增加至無限大。比較起來，“弦理論”的基礎是“波動模型”，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述“弦”狀物體，還包含了點狀、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驗驗證的準確預測，關于這一點，以下內文會說明。編輯本段發(fā)展歷史弦理論的雛形是在1968年由GabrieleVeneziano發(fā)現(xiàn)。他原本是要找能描述原子核內的強作用力的數(shù)學公式，然后在一本老舊的數(shù)學書里找到了有200年之久的歐拉公式（Euler'sFunction），這公式能夠成功的描述他所要求解的強作用力。然而進一步將這公式理解為一小段類似橡皮筋那樣可扭曲抖動的有彈性的“線段”卻是在不久后由LeonardSusskind(李奧納特·蘇士侃)所發(fā)現(xiàn)，這在日后則發(fā)展出“弦理論”。編輯本段作用模式雖然弦理論最開始是要解出強相互作用力的作用模式，但是后來的研究則發(fā)現(xiàn)了所有的最基本粒子，包含正反夸克，正反電子，正反中微子等等，以及四種基本作用力“粒子”（強、弱作用力粒子，電磁力粒子，以及重力粒子），都是由一小段的不停抖動的能量弦線所構成，而各種粒子彼此之間的差異只是這弦線抖動的方式和形狀的不同而已。編輯本段弦理論與超弦理論另外，“弦理論”這一用詞所指的原本包含了26度空間的玻色弦理論，和加入了超對稱性的超弦理論。在近日的物理界，“弦理論”一般是專指“超弦理論”，而為了方便區(qū)分，較早的“玻色弦理論”則以全名稱呼。1990年代，愛德華·維頓提出了一個具有11度空間的M理論，他和其他學者找到強力的證據(jù)，證明了當時許多不同版本的超弦理論其實是M理論的不同極限設定條件下的結果。這些發(fā)現(xiàn)帶動了第二次超弦理論革新編輯本段弦理論與大一統(tǒng)理論弦理論會吸引這么多注意，大部分的原因是因為它很有可能會成為終極理論。目前，描述微觀世界的量子力學與描述宏觀引力的廣義相對論在根本上有沖突，廣義相對論的平滑時空與微觀下時空劇烈的量子漲落相矛盾，這意味著二者不可能都正確，它們不能完整地描述世界。而除了引力之外，量子力學很自然的成功描述了其他三種基本作用力：電磁力、強力和弱力。弦理論也可能是量子引力的解決方案之一。超弦理論還包含了組成物質的基本粒子之一的費米子。至于弦理論能不能成功的解釋基于目前物理界已知的所有作用力和物質所組成的宇宙以及應用到“黑洞”、“宇宙大爆炸”等需要同時用到量子力學與廣義相對論的極端情況，這還是未知數(shù)。編輯本段額外維額外維是相對于"四維時空"而提出的一個概念，一般泛指的是理論在四維時空基礎上擴展出來的其它維度。愛因斯坦提出宇宙是空間加時間組成的"四維時空"。1926年，德國數(shù)學物理學家西奧多·卡魯扎在四維時空上再添加一個空間維，也就是添加一個第五維，把愛因斯坦的相對論方程加以改寫，改寫后的方程可以把當時已知的兩種基本力即“電磁力”和“引力”很自然地統(tǒng)一在同一個方程中。至此，理論中存在額外添加的維度統(tǒng)稱為“額外維”。編輯本段D-膜由于超弦理論的時空維數(shù)為10維，所以很自然的可以認為有6個額外的維度需要被緊化。當對閉弦緊化時，可以發(fā)現(xiàn)所謂的T-對偶；而對開弦緊化則可以發(fā)現(xiàn)開弦的端點是停留在這些超曲面上的，并且滿足Dirichlet邊界條件。所以這些超曲面一般被稱為“D膜”。研究員稱D膜的動力學為“矩陣理論”（M理論)，是為“M”字之一來源。編輯本段物理或是哲學無法獲得實驗證明的原因之一是目前尚沒有人對弦理論有足夠的了解而做出正確的預測，另一個則是目前的高速粒子加速器還不夠強大。科學家們使用目前的和正在籌備中的新一代的高速粒子加速器試圖尋找超弦理論里主要的超對稱性學說所預測的超粒子。編輯本段相關報道最新一期的《環(huán)球科學》（2007.9）第10頁題目為《我們身處十維空間？》中提到美國的費米國家加速器實驗室在觀察MiniBooNE探測器發(fā)射μ中微子束，看看到底有多少粒子在飛行途中轉變成了電子中微子。2007年4月，研究人員公布了首批結果，基本上與粒子物理標準模型吻合。不過數(shù)據(jù)中也存在一個無法解釋的異常現(xiàn)象。科學家推測導致這一現(xiàn)象的原因在于世界上還存在另一種中微子，它能穿越弦理論所預言的額外維度，走出一條捷徑。這種粒子就是比其他三種中微子更詭異，它不像其他中微子那樣受到微核力的作用，只能通過引力與其他物質發(fā)生相互作用。他就是于20世紀90年代找到的惰性中微子（假定存在）。編輯本段理論框架弦理論確信至少需要十個維度才能建立一個理論框架，讓引力與量子力學互相兼容。弦理論科學家假定，宇宙中所有粒子都被局限在一個四維的膜宇宙（brane)中，而膜宇宙又漂浮在一個更高維度的體宇宙（bulk)里。不過幾種特殊的粒子可以從膜宇宙中穿入穿出，其中最出眾的就是引力子和惰性中微子。編輯本段正確性而在這次實驗中發(fā)生的情況十分符合弦理論模型。從而可以證明弦理論所預言的十維空間的正確性，也就肯定了弦理論。不過也有科學家謹慎地指出，這種相似性也許是一種離奇的巧合。MiniBooNE的研究人員正在重新審視他們的結果，以確定背景效應或分析失誤會不會影響他們對電子中微子的計數(shù)。與此同時，帕斯（弦理論科學家）和他的同事也在進一步修正他們的理論。帕斯承認：“我們的理論粗看上去有一點投機取巧。不過我認為，仔細討論一種可能的解釋，看看它是否被證實，這也是絕對必要的。”如果說超弦理論的第一次革命統(tǒng)一了量子力學和廣義相對論，那么近年來發(fā)生的弦理論的第二次革命則統(tǒng)一了五種不同的弦理論和十一維超引力，預言了一個更大的M理論的存在，揭示了相互作用和時空的一些本質，并暗示了時間和空間并不是最基本的，而是從一些更基本的量導出或演化形成的。M理論如果成功，那將會是一場人類對時空概念、時空維數(shù)等認識的革命，其深刻程度不亞于上個世紀的兩場物理學革命。從科學研究本身看，研究引力的量子化及其與其他互相作用力的統(tǒng)一是自愛因斯坦以來國際著名物理學家的夢想，但由于該理論涉及的能量極高，不能進行直接實驗驗證。盡管如此，一些技術和方法的發(fā)展，啟發(fā)了很多新的物理思想，如解決能量等級問題的Randall-Sundrum模型和引力局域化，關于弦理論巨量可能真空的圖景想法和人擇原理等等。近期天文和宇宙學觀察所取得的進展對弦理論的發(fā)展會起積極的促進作用。比如，近期觀察的宇宙加速膨脹所暗示的一個很小的但大于零的宇宙學常數(shù)(或暗能量)，為弦理論目前的發(fā)展提供了指導作用。反過來說，要在更深層次上理解近期的天體物理學觀察和暗能量，沒有一個基本的量子引力理論是行不通的，弦理論是目前僅有的量子引力理論的理想候選者。二者的結合不僅對弦理論的自身發(fā)展有著指導作用，同時對理解和解釋宇宙學觀察也有很大的促進作用。編輯本段問題與爭論雖然歷史上，弦理論是物理學的分支之一，但仍有一些人主張，弦理論目前不可實驗的情況，意味著它應該（嚴格地說）被更多地歸為一個數(shù)學框架而非科學。一個有效的理論，必須通過實驗與觀察，并被經(jīng)驗地證明。不少物理學家們主張要通過一些實驗途徑去證實弦理論。一些科學家希望借助歐洲核子研究組織（CERN，ConseilEuropeanPourRecherchesNucleaires）的大型強子對撞機，以獲得相應的實驗數(shù)據(jù)——盡管許多人相信，任何關于量子引力的理論都需要更高數(shù)量級的能量來直接探查。此外，弦理論雖然被普遍認同，但它擁有非常多的等可能性的解決方案。因此，一些科學家主張弦理論或許不是可證偽的，并且沒有預言的力量。由于任何弦理論所作出的那些與其他理論都不同的預測都未經(jīng)實驗證實的，該理論的正確與否尚待驗證。為了看清微粒中弦的本性所需要的能量級，要比目前實驗可達到的高出許多。弦理論具有很多數(shù)學興趣的特性（featuresofmathematicalinterest）并自然地包含了標準模型的大多數(shù)特性，比如非阿貝爾群與手性費米子（chiralfermions）。因為弦理論在可預知的未來可能難以被實驗證明，一些科學家問，弦理論甚至是否應該被叫做一個科學理論。它現(xiàn)在還不能在波普爾的意識（thesenseofKarlPopper）中被證偽。但這也暗示了弦理論更多地被看做建設模型的框架。在同樣的形式中，量子場論是一個框架。弦理論的思想為物理學帶來了一個建議上超越標準模型的巨大影響。例如，雖然超對稱性是組成弦理論的重要一部分，但是那些與弦理論沒有明顯聯(lián)系的超對稱模型，科學家們也有研究。因此，如果超對稱性在大型強子對撞機中被偵測到，它不會被看做弦理論的一個直接證明。然而，如果超對稱性未被偵測出，由于弦理論中存在只有以更加更加高的能量才能看出超對稱性的真空，所以它的缺乏不會證明弦理論是錯誤的。相反，如果日食期間觀測到太陽的引力未使光按預測的角度偏轉，那么愛因斯坦的廣義相對論將被證明是錯誤的。（廣義相對論當然已被證明是正確的。）在更數(shù)學的層次上，另一個問題是，如同很多量子場論，弦理論的很大一部分仍然是微擾地（perturbatively）用公式表達的（即為對連續(xù)的逼近，而非一個精確的解）。雖然非微擾技術有相當大的進步——包括猜測時空中滿足某些漸進性的完整定義——一個非微擾的、充分的理論定義仍然是缺乏的。物理學中，弦理論有關應用的一個中心問題是，弦理論最好的理解背景保存著大部分從時不變的時空得出的的超對稱性潛在理論：目前，弦理論無法處理好時間依賴與宇宙論背景的問題。前面提到的兩點涉及一個更深奧的問題：在弦理論目前的構想中，由于弦理論對背景的依賴——它描述的是關于固定時空背景的微擾膨脹，它可能不是真正基礎的。一些人把獨立背景（backgroundindependence）看做對于一個量子引力理論的基礎要求；自從廣義相對論已經(jīng)是背景獨立的以來，尤其如此。編輯本段關于弦理論的幾個問題1.什么是物質組成的最終單元？在過去的一百多年里，物理學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一連串越來越小和越來越基本的物質組成單元。這些研究成果最終被總結成為標準模型：輕子(象電子和中微子)、夸克以及將這些粒子捆綁在一起的電磁力、弱相互作用力。但是，標準模型并不是故事的結局，因為它實在是太復雜了，它本身并不能解釋一個比元素周期表還要復雜的基本粒子表以及它們之間的相互用力。現(xiàn)在，弦理論家們普遍相信標準模型中的基本粒子實際上都是一些小而又小的振動的弦的閉合圈(稱為閉合弦或閉弦)，所有粒子都可由閉弦的不同振動和運動來得到，從本質上講，所有的粒子都是質地相同的弦。這一聽似奇怪的想法能夠解釋標準模型的許多粗獷輪廓和特性，但是在決定性實驗驗證弦理論之前，人們仍然有必要對它進行更深刻的認識和了解。2.量子力學的原理和廣義相對論是相沖突的嗎？量子力學和廣義相對論是二十世紀兩個非常成功的理論，但令人驚訝的是這兩個理論在現(xiàn)有的框架下是相沖突的。簡單說來，量子力學認為沒有任何東西是靜止不動的，任何東西都有起伏漲落(測不準原理)。廣義相對論認為時空是彎曲的，彎曲時空是萬有引力的起源。將這兩個理論結合就可以導出時空本身也是每時每刻都在經(jīng)歷著量子的起伏漲落。在大多數(shù)情況下，這些漲落是很小很小的，但在一些極端情況下，比如說在極短距離下、在黑洞的視界附近，在大爆炸的初始時刻等等，這些量子漲落將變得非常重要。在這些情況下，我們現(xiàn)有的理論(量子力學和廣義相對論)是不適用的，只能得到一些結果為無窮大荒謬結論。很顯然，我們需要一個更完備的理論。令人驚訝的是，從粒子物理學中發(fā)展起來的弦理論提供了這一問題的答案。在弦理論中，由于弦的延展性(一維而不是一個點)，引力和光滑的時空觀念在比弦尺度還小的距離下失去了意義，時空量子泡沬由“弦?guī)缀巍贝媪恕，F(xiàn)在，用弦理論已經(jīng)解決了有關黑洞量子力學問題的一些疑難。如何用弦理論來說明宇宙大爆炸的初始奇點仍然是一個沒有解決的大問題。3.我們生活在11維時空嗎？宇宙學告訴我們，我們肉眼看到的三個空間維數(shù)正在膨脹，由此可以推測它們曾經(jīng)是很小和高度彎曲的。一個自然的可能性是；也許存在與我們觀測到的三個空間維數(shù)垂直的其它空間維數(shù)，這些額外空間維數(shù)曾經(jīng)是但現(xiàn)在仍然是很小和高度彎曲的。如果這些維數(shù)的尺度是夠小，以我們現(xiàn)有的觀測手段仍不是以直接推測到，但是這些維數(shù)仍將以許多間接的效應表現(xiàn)出來。特別地，這是一個強有力的統(tǒng)一觀念：在低維中觀測到的不同粒子也可能是同一種粒子，在額外維數(shù)空間中，它們都是同一粒子不同方向的運動的表現(xiàn)。實際上，額外維數(shù)還是弦理論不可分割的一部分：弦理論的數(shù)學方程要求空間是9維的，再加上時間維度總共是10維時空。更進一步的研究表明，由M理論給出的更完全的認識揭示了弦理論的第10維空間方向，因此理論的最大維數(shù)是11維。最近的一些發(fā)展還提出了我們也許生活在低維的膜上面，但是引力仍然是10維的，為了得到現(xiàn)實的3維引力，可以通過引入“影子膜”或者Randall-Sundrum機制。Randall-Sundrum機制是一種束縛引力的新方法，這時，額外維度可以不是很小很小的。通過觀測小距離情況下引力對平方反比定律的偏離，或者是在粒子加速上或者是通過超新星爆發(fā)中產生的粒子散射進入額外維度因而看起來象消失一樣等等奇怪的現(xiàn)象，也許我們現(xiàn)在就有能力探測到這些額外維度。弦理論不僅大大地拓展了人們的思維空間，將大大地拓展人們的活動空間。編輯本段趣聞相