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1、浅谈超弦浅谈超弦/M-/M-理论及其进展理论及其进展 了解物理世界的基本出发点：了解物理世界的基本出发点： 构成物质世界的构成物质世界的 基本单元基本单元 及其之间的相互作用及其之间的相互作用 四种相互作用四种相互作用 引力引力 电磁力电磁力 弱相互作用力弱相互作用力 强相互作用力强相互作用力 1.1. Gravity Gravity 3. 3. Weak interactionWeak interaction Newton Beta (radioactive) decay Sun is shining 2. Electromagnetism 4. Strong interaction Far
2、aday Hold nuclei together 为什么要研究引力的量子行为？为什么要研究引力的量子行为？ 理解极强引力场比如黑洞奇点附近的物理理解极强引力场比如黑洞奇点附近的物理 极早期宇宙（极早期宇宙（= 1 最简单的非微扰信息是一维弦的孤子譜最简单的非微扰信息是一维弦的孤子譜 研究发现：弦理论除一维弦本身外，它还有研究发现：弦理论除一维弦本身外，它还有 个个5 5维的称为维的称为 NSNS 5NSNS 5膜的孤子和一类膜的孤子和一类p p维称为维称为 Dp-Dp-膜的孤子，这里（膜的孤子，这里（p = 0, 1, 9). p = 0, 1, 9). 如果取微扰如果取微扰 弦的能标弦的能
3、标 Ms Ms 为为 1 1， 对应的对应的 NSNS 5NSNS 5膜能标膜能标 MMNS5NS5 1 1/ / g g 1/31/3 ，Dp-Dp-膜的能标膜的能标MMDpDp 1/1/ g g 1/1/（1 1p p） 膜膜 能标能标 F F弦弦 1 1 NSNS 5NSNS 5膜膜 1/1/ g g 1/31/3 Dp- Dp-膜膜 1/1/ g g 1/1/（1 1p p） (p = 0, 1, .9)(p = 0, 1, .9) 如果弦耦合常数如果弦耦合常数 g = 1,g = 1, MMF F = M = MD9D9 = M = MD8D8 = M = MD7D7 = M = M
4、D6D6 = M= MD5 D5 = M= MD4 D4 =M=MD3D3= M= MNS5NS5 = M = MD2 D2 = M= MD1 D1 = M= MD0D0 非微扰弦理论包括：非微扰弦理论包括： 不仅仅一维弦及其相应的动力学，还必须不仅仅一维弦及其相应的动力学，还必须 包括其它高维膜及其相应的动力学。包括其它高维膜及其相应的动力学。 特别：当弦耦合常数特别：当弦耦合常数 g 1g 1， 一维弦本身的动力学效应变得最不重要，这时动力一维弦本身的动力学效应变得最不重要，这时动力 学最重要的膜是具有零维的学最重要的膜是具有零维的 D0 D0 膜膜. . 对于一般的对于一般的 g g 1
5、 1， 所有膜及其动力学都必须考所有膜及其动力学都必须考 虑，而且时空维数可以是虑，而且时空维数可以是1111维的，因此将该理论维的，因此将该理论 称为称为 弦理论弦理论 已不合适：已不合适： 一个更大的理论一个更大的理论 MM理论理论 弦理论的二次革命（弦理论的二次革命（93939696）：）： 发现弦理论的动力学不仅仅由一维弦本身所描述发现弦理论的动力学不仅仅由一维弦本身所描述 ，还应考虑其它称为膜的动力学效应。特别在弦，还应考虑其它称为膜的动力学效应。特别在弦 的非微扰（的非微扰（ g g O(1)O(1)）区域，其它膜的动力学效区域，其它膜的动力学效 应比弦本身还重要，同时也纠正了早期
6、弦理论家应比弦本身还重要，同时也纠正了早期弦理论家 们认为弦与其它膜不相关的偏见。们认为弦与其它膜不相关的偏见。 理论上建立了一个更大、唯一的统一理论理论上建立了一个更大、唯一的统一理论 M M 理论理论的存在性：其中五种微扰弦理论和的存在性：其中五种微扰弦理论和1111维超维超 引力理论是该理论的六种不同极限。引力理论是该理论的六种不同极限。 发现了各种如发现了各种如 T T，S S和和 U U对偶关对偶关 系。系。 开弦开弦/ /闭弦对偶及闭弦对偶及AdS/CFTAdS/CFT对偶对偶 D D膜膜：两种描述：两种描述 Bulk Bulk 时空描述：时空描述： R 开弦描述：开弦描述： 退耦
7、极限退耦极限: : D D膜闭弦描述膜闭弦描述 闭弦在一给定背闭弦在一给定背 景如景如AdSAdS， D D膜开弦描述膜开弦描述 平坦时空的规范平坦时空的规范 理论。理论。 AdS/CFT AdS/CFT 对偶对偶 全息原理的一个具体实现！全息原理的一个具体实现！ 弦弦/M/M理论首次成功地为一些黑洞熵理论首次成功地为一些黑洞熵 提供了微观统计解释。提供了微观统计解释。 视界 视界 黑洞 弦弦/M-/M-理论可能的间接实验证据：理论可能的间接实验证据： 超对称的发现（超对称的发现（LHCLHC） 额外维空间的发现（额外维空间的发现（LHCLHC） 规范规范/ /引力对偶应用于夸克胶子等引力对偶
8、应用于夸克胶子等 离子体（离子体（QGP)QGP)性质的计算（性质的计算（RHICRHIC） 应用于讨论分数量子霍尔效应应用于讨论分数量子霍尔效应 超对称和大统一超对称和大统一 最小超对称 标准模型 耦合常数 能量 Higgs Higgs 机制与超对称机制与超对称 质量问题质量问题 解决粒子物理标准模型中矢量玻色子和解决粒子物理标准模型中矢量玻色子和 轻子（费米子）的质量：轻子（费米子）的质量： 对称性自发破缺（对称性自发破缺（HiggsHiggs机制）机制） MMH H 1000 GeV 1000 GeV Hierarchy Hierarchy 问题问题 自然的自然的 MMH H 10 10
9、16 16 or 10 or 1019 19 GeV GeV （考虑量子修整）（考虑量子修整） 超对称是解决上述问题最好的方法！超对称是解决上述问题最好的方法！ 探索更高维空间的实验探索更高维空间的实验 膜世界图景 （粒子） 膜世界图景 （弦论） 可能的高维空间事例可能的高维空间事例 （假设（假设TeV TeV 能量尺度）能量尺度） QGP: AdS/QCD vs Lattice/ExperimentQGP: AdS/QCD vs Lattice/Experiment 给出了固定角度实验确定的高能散射振幅标度行给出了固定角度实验确定的高能散射振幅标度行 为为 胶子球质量计算与相应胶子球质量计算
10、与相应 Lattice Lattice 计算的比较计算的比较 Regge TrajectoryRegge Trajectory（soft pomerons):soft pomerons): 实验关系：实验关系： 计算：计算： 弦弦/M/M理论的一些近期进展理论的一些近期进展 弦弦/M/M理论对近期观察宇宙的应用理论对近期观察宇宙的应用 对动力学超对称破缺机制发展的推动对动力学超对称破缺机制发展的推动 对该理论非微扰动力学客体对该理论非微扰动力学客体M2M2膜的有效描膜的有效描 述述 Ads/CFT Ads/CFT 对对QCDQCD、强子物理、强子物理、凝聚态物理凝聚态物理 中量子相变比如超导、
11、超流、冷原子系统中量子相变比如超导、超流、冷原子系统 等的广泛应用等的广泛应用 弦弦/M/M理论的基本问题或挑战：理论的基本问题或挑战： 该理论的基本原理是什么？该理论的基本原理是什么？ 如何建立该理论完整的非微扰框架？如何建立该理论完整的非微扰框架？ 基本自由度？基本自由度？ 背景无关表述？背景无关表述？ 真空问题（真空问题（string landscape)?string landscape)? 如何解释近期观察的宇宙加速膨胀？如何解释近期观察的宇宙加速膨胀？ 弦弦/M/M理论的暗示和启示：理论的暗示和启示： （SpeculationSpeculation！）！） 时空测不准或时空非对易暗
12、示着时空模糊时空测不准或时空非对易暗示着时空模糊 性即时空很可能不是基本的而是一个诱导性即时空很可能不是基本的而是一个诱导 概念。概念。 该理论中的各种对偶关系暗示着在非微扰该理论中的各种对偶关系暗示着在非微扰 的意义下经典和量子的模糊性。的意义下经典和量子的模糊性。 这些对偶关系也暗示着各种相互作用的模这些对偶关系也暗示着各种相互作用的模 糊性。糊性。 总结：总结： 弦弦/M-/M-理论的完整框架还没有建立，但该理论的完整框架还没有建立，但该 理论的探讨已经提供了很多理论信息，暗示着理论的探讨已经提供了很多理论信息，暗示着 我们基于量子场论等的一些观念可能需要革我们基于量子场论等的一些观念可能需要革 新。各方面研究及其结果表明该理论研究的大新。各方面研究及其结果表明该理论研究的大 方向可能是正确的，需要我们进一步投入和努方向可能是正确的，需要我们进一步投入和努 力，尤其有待于年轻一代的努力！力，尤其有待于年轻一代的努力！ 谢谢！谢谢！
