第1332章 渊天宫（169）（1/1）

从科学研究本身看，研究引力的量子化及其与其他互相作用力的统一是自爱因斯坦以来国际着名物理学家的梦想，但由于该理论涉及的能量极高，不能进行直接实验验证。尽管如此，一些技术和方法的发展，启发了很多新的物理思想，如解决能量等级问题的Randall-Sundru模型和引力局域化，关于弦理论巨量可能真空的图景想法和人择原理等等。

近期天文和宇宙学观察所取得的进展对弦理论的发展会起积极的促进作用。比如，近期观察的宇宙加速膨胀所暗示的一个很小的但大于零的宇宙学常数(或 暗能量)，为弦理论的发展提供了指导作用。反过来说，要在更深层次上理解近期的天体物理学观察和暗能量，没有一个基本的量子引力理论是行不通的，弦理 论是仅有的量子引力理论的理想候选者。二者的结合不仅对弦理论的自身发展有着指导作用，同时对理解和解释宇宙学观察也有很大的促进作用……

超弦理论作为统一理论候选者面临实验验证的核心挑战，弦的不同振动模式所预言的基本粒子数量远超过标准模型中基本粒子的数量，在能量越来越高的粒子物理实验中并没有发现这些额外的基本粒子；而且，弦理论所要求的超对称性也没有在实验中发现。理论预言的超对称伙伴粒子及额外维度未被实验观测到。理论涉及的特征能量（普朗克能量~10^19 GeV）远超当前加速器的实验能力，普朗克能量一个很高的能量，大约相当于一颗航空炸弹爆炸释放的能量，但需要把这么多能量集中在一个粒子上，可见的将来，人类都不能通过实验来探索这么高能量的物理现象。尽管可以通过调节弦理论的基本参数使得超对称和额外粒子出现的能标变得高于实验能达到的能标，但理论的实验可检验性已受到质疑。

弦论学家发现，10维时空中可以有五种自洽的超弦理论，种种迹象表明，这五种理论之间存在广泛的对偶关系，它们和11维的超引力理论很可能可以看作某个更基本的11维的M理论的不同极限情况，寻找M理论的表达形式成为超弦理论研究的一个非常重要而困难的课题。1995年，威滕提出了一个设想：存在一个统一的基本理论，这个理论被他称为M理论，它可能是上述六个模型的更深层次的表述。由于时空额外维卷曲在小尺度下的可能方式极多，不同方式对四维时空中的物理有不同的影响，这使得可能的自洽理论的空间极大，难以从理论上找到最优研究路线。

超弦理论仍是量子引力和统一理论最有前景的候选者之一，但并非唯一且未被证实。该理论研究中出现的一些新的观念和方法已经在数学和物理中产生了深远的影响，例如额外维紧致化的观念激发了数学上对卡拉比-丘流形的研究，反德西特-共形场论对偶的发现激发了对引力全息性质的探讨等。一系列新概念如额外维、D膜、弦景观、全息原理、AdS/CFT对偶等已深刻影响基础物理、数学和凝聚态物理等领域的研究。加速器物理学未来几年的结果也许会对超弦理论做出裁决。

超弦理论的很多成果，在其他物理领域也有重要应用。在数学物理领域，超弦理论的研究激发了数学上对卡拉比-丘流形的研究，并激发了对引力全息性质等物理概念的深入探讨。像超弦理论的一个副产品——拓扑量子场论，在凝聚态物理拓扑物态的研究中有重要的应用。它是所有拓扑物态的低能有效理论。超弦理论中发现的AdS/CFT对偶关系，反映了量子临界态中多体纠缠结构与几何的深刻联系。这与凝聚态物理中，研究多体纠缠结构的张量网络方法，相辅相成 。规范/引力对偶是近年超弦和引力物理研究领域最重要的进展之一，它极大地加深了我们对强关联规范理论的认识以及对量子引力本质的理解。它已经在量子色动力学、凝聚态物理和黑洞物理中有着深远影响和广泛应用。此外，超弦理论所引入的额外维度、D-膜、弦论景观、全息原理等全新概念，为物理学和哲学提供了看待世界的全新视角，被视为一次重要的范式迁移。

超弦理论是物理学家追求统一理论的最自然的结果。爱因斯坦建立相对论之后自然地想到要统一当时公知的两种相互作用－－万有引力和电磁力。他花费了后半生近40年的主要精力去寻求和建立一个统一理论，但没有成功。回过头来看历史，爱因斯坦的失败并不奇怪。实际上自然界还存在另外两种相互作用力－－弱力和强力。已经知道，自然界中总共4种相互作用力除万有引力之外的3种都可有量子理论来描述，电磁、弱和强相互作用力的形成是用假设相互交换“量子”来解释的。但是，引力的形成完全是另一回事，爱因斯坦的广义相对论是用物质影响空间的几何性质来解释引力的。在这一图像中，弥漫在空间中的物质使空间弯曲了，而弯曲的空间决定粒子的运动。人们也可以模仿解释电磁力的方法来解释引力，这时物质交换的“量子”称为引力子，但这一尝试却遇到了原则上的困难－－量子化后的广义相对论是不可重整的，因此，量子化和广义相对论是相互不自洽的。

超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论，自然界中的各种不同粒子都是一维弦的不同振动模式。与以往量子场论和规范理论不同的是，超弦理论要求引力存在，也要求规范原理和超对称。毫无疑问，将引力和其他由规范场引起的相互作用力自然地统一起来是超弦理论最吸引人的特点之一。因此，从1984年底开始，当人们认识到超弦理论可以给出一个包容标准模型的统一理论之后，一大批才华横溢的年轻人自然地投身到超弦理论的研究中去了。