第1330章 渊天宫（167）（1/1）

弦理论认为：宇宙的基本单元不是粒子，是因为弦在空间运动，才产生了各种粒子。各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已。弦分为开弦与闭弦。世界中所发生的一切相互作用，所有的物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来解释。超弦理论中的一种振动模式与引力子的行为一致，提供了描述量子引力的方式。

超弦理论起源于1968年Veneziano对基本粒子相互作用的研究。在20世纪80年代初，物理学家把超对称用到弦理论上，形成了超弦理论。1984年至1985年，超弦理论经历了“第一次革命”，确认了五种不同的超弦理论模型。1990年代中期，D膜理论的提出引出了更具包容性的M理论。1997年发现了全息原理和AdS/CFT对偶。

爱因斯坦在生命的最后30年里一直在寻找统一场论—一个能在单独的包罗万象的和谐的数学框架下描写自然界所有力的理论。爱因斯坦这样做的动机不是我们常想的那些与科学研究紧密相关的东西。例如，为了解释这样或那样的已知现象或实验数据。

实际上，驱使他的是一种关于自然界基本规律内在美的信念：对宇宙的最深刻认识将揭示它的最真实秘密，那就是，它所依赖的原理是简单而有力的。爱因斯坦渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭示宇宙活动的奥秘，由此而展示的自然界的动人美丽和优雅，将让每一个第一次知道的人产生有生以来最强烈的敬畏、惊讶和震撼。

弦理论或者超弦理论是那些像量子和夸克等等已经融入大众词典的诸多新科学专用词汇之一，但它们却很少能被人解释清楚。即使会议的参加者也会告诉你，超弦理论，像许多新兴科学和研究领域一样，涉及了许多高前沿的数学领域，并不是很容易能把握的。简单说来，我们可以这样来定义超弦理论：(1)超弦理论是最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论；

(2)超弦理论认为弦是物质组成的最基本单元，所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克等都是弦的不同振动激发态；

(3)超弦理论第一次将二十世纪的两大基础理论-广义相对论和量子力学-结合到一个数学上自洽的框架里；

(4)超弦理论有可能解决一些长期困扰物理学家的世纪难题如黑洞的本质和宇宙的起源。

(5)超弦理论的实验证实将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识。

首先，我们发现，弦理论描述自然界的活动还真有几分科学幻想的成份。举例来说，弦理论描述的世界并不是我们肉眼所看到的三维空间和一维时间。合理的解释是那些额外的空间维数没有被观测到是因为它们很小很小。要理解弦理论的高维属性并不困难。

在弦理论中就有许多这样极小的额外空间维数，因此，微观世界并不像我们普遍感觉到的世界那么简单。在宏观尺度上，弦理论也可能用来解释宇宙大爆炸的开始和黑洞内部的行为，而这些问题是以前的物理理论包括爱因斯坦的广义相对论都失效的地方。发展的弦理论是有关时间和空间的量子理论，因此理论看起来也就显得非常非常的奇怪。

弦理论的一个基本观点就是自然界的基本单元不是像电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子，这些看起来像粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦)，闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子。因此弦理论从一些非常基本和简单的单元就能得到宇宙的无穷变化和复杂性。在弦理论中，人们自然地可以得到规范对称性、超对称性和引力，而这些原理在原有的标准模型中或者是强加进去的或者是与量子理论相冲突的，在弦理论中它们都协和地统一起来了，并且是彼此需要、独一无二的。

弦与粒子质量的关联是很容易理解的。弦的振动越剧烈，粒子的能量就越大；振动越轻柔，粒子的能量就越小。这也是我们熟悉的现象：当我们用力拨动琴弦时，振动会很剧烈；轻轻拨动它时，振动会很轻柔。而依据爱因斯坦的质能原理，能量和质量像一枚硬币的两面，是同一事物的不同表现：大能量意味着大质量，小能量意味着小质量。因此，振动较剧烈的粒子质量较大，反之，振动较轻柔的粒子则质量较小。

依照弦理论，每种基本粒子所表现的性质都源自它内部弦的不同的振动模式。每个基本粒子都由一根弦组成，而所有的弦都是绝对相同的。不同的基本粒子实际上是在相同的弦上弹奏着不同的“音调”。由无数这样振动着的弦组成的宇宙，就像一支伟大的交响曲。

在量子理论中，每一个粒子还具有波的特性，这就是波粒二象性，粒子的波动性就是由弦的振动产生的。

物理学家还发现，弦的振动模式与粒子的引力作用之间存在着直接的联系。同样的关联也存于弦振动模式与其它力的性质之间，一根弦所携带的电磁力、弱力和强力也完全由它的振动模式决定。

这里又涉及到了四种基本力：引力、电磁力、强力和弱力。

这四种力的来源是不一样的。引力源于物体质量的相互吸引，两个有质量的物体间就存在引力，物体的质量越大，引力就越大。电磁力是由粒子的电荷产生的，一个粒子可以带正电荷，或者带负电荷，同性电荷相斥，异性电荷相吸。如果一个粒子不带电荷，则不受电磁力的影响，不会感受到排斥力和吸引力。强力主要是把夸克结合在一起的力，所以也叫核力。像电磁力一样，也起源于电荷，不过只是夸克间的电荷，物理学家称之为“颜色电荷”。弱力的作用是改变粒子而不对粒子产生推和拉的效应，像核聚变和核裂变这两个过程都是受弱力支配的。