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标  题: 弦论通俗演义（二）
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弦论通俗演义（二）

　　　　　　　　　　 李淼
 

　　　　　　　　　　　第二节   

　　另外一个对对偶性做出很大贡献的人是洛特格斯大学(RutgersUniversity) 新高能
物理理论组的塞伯格 （Nathan Seiberg）。他也是1989～1992之间研究两维弦论又叫老
的矩阵模型非常活跃的人物之一。然而他见机较早，回到矩阵模型发现以前第一次超弦
革命后的遗留问题之一，超对称及超对称如何破坏的问题。这里每一个专业名词都需要
整整一章来解释，我们暂时存疑留下每一个重要词汇在将来适当的时候再略加解释。弦
论中超对称无处不在，如何有效地破坏超对称是将弦论与粒子物理衔接起来的最为重要
的问题。塞伯格在1993～1994之间的突破是，他非常有效地利用超对称来限制场论中的
量子行为，在许多情形下获得了严格结果。这些结果从量子场论的角度来看几乎是不可
能的。

　　科学史上最不可思议的事情之一是起先对某种想法反对最烈或怀疑最深的人后来反
而成为对此想法的发展推动最大的人。威顿此时成为这样的人，这在他来说不是第一次
也不是最后一次。所谓塞伯格-威顿理论将超对称和对偶性结合起来，一下子得到自有四
维量子场论以来最为动人的结果。这件事发生在1994年夏天。塞伯格飞到当时正在亚斯
本（Aspen）物理中心进行的超对称讲习班传播这些结果，而他本来并没有计划参加这个
讲习班。纽约时报也不失时机地以几乎一个版面报导了这个消息。这是一个自第一次弦
论革命以来近十年中的重大突破。这个突破的感染力慢慢扩散开来，大多数人的反应是
从不相信到半信半疑，直至身不由己地卷入随之而来的量子场论和弦论长达4年的革命。
很多人记得从94年夏到95年春，洛斯阿拉莫斯 hep-th 专门张贴高能物理理论文的电子
“档案馆”多了很多推广和应用塞伯格-威顿理论的文章，平淡冷落的理论界开始复苏。
塞伯格和威顿后来以此项工作获得1998年度美国物理学会的海因曼奖。

　　真正富于戏剧性的场面发生在次年的三月份。从八十年代末开始，弦的国际研究界
每年召开为期一个星期的会议。会议地点每年不尽相同，第一次会议在德克萨斯A&M大学
召开。九三年的会议转到了南加州大学。威顿出人意料地报告了他的关于弦论对偶性的
工作。在这个工作中他系统地研究了弦论中的各种对偶性，澄清过去的一些错误的猜测
，也提出一些新的猜测。他的报告震动了参加会议的大多数人，在接着的塞伯格的报告
中，塞伯格在一开始是这样评价威顿的工作的：“与威顿刚才报告的工作相比，我只配
做一个卡车司机”。然而他报告的工作是关于不同超对称规范理论之间的对偶性，后来
被称为塞伯格对偶，也是相当重要的工作。史瓦兹在接着的报告中说：“如果塞伯格只
配做卡车司机，我应当去搞一辆三轮车来”。他则报告了与森的工作有关的新工作。

　　95年是令弦论界异常兴奋的一年。一个接一个令人大开眼界的发现接踵而来。施特
劳明格 (Andrew Strominger) 在上半年发现塞伯格－威顿94年的结果可以用来解释超弦
中具有不同拓扑的空间之间的相变，从而把看起来完全不同的“真空”态连结起来。他
用到一种特别的孤子，这种孤子不是完全的点状粒子，而是三维的膜。威顿95年三月份
的工作中，以及两个英国人胡耳 (ChrisHull)和汤生 (Paul Townsend) 在94年夏的工作
中，就已用到各种不同维数的膜来研究对偶性。这样，弦论中所包含的自由度远远不止
弦本身。

　　在众多结果中，威顿最大胆的一个结果是10 维的一种超弦在强耦合极限下成为一种
11维的理论。汤生在95年一月份的一篇文章中做了类似的猜测，但他没有明确指出弦的
耦合常数和第11维的关系。威顿和汤生同时指出，10 维中的弦无非是其中1维绕在第11
维上的膜。汤生甚至猜想最基本的理论应是膜论，当然这极有可能是错误的猜想。史瓦
兹在随后的一篇文章中根据威顿的建议将这个11 维理论叫成M-理论，M 这个字母对史瓦
兹来说代表母亲(Mother)，后来证实所有的弦理论都能从这个母亲理论导出。这个字母
对不同的人来说有不同的含义，对一些人来说它代表神秘 (Mystery)，对于另外一些人
来说代表膜论  (Membrane) ，对于相当多的人来说又代表矩阵 (Matrix)。不同的选择
表明了不同爱好和趣味，仁者乐山智者乐水，萝卜青菜各有所爱。总的说来，M-理论沿
用至今而且还要用下去的主要原因是，我们只知道它是弦论的强耦合极限， 而对它的动
力学知之甚少，更不知道它的基本原理是什么。理论所的弦论专家朱传界说对于M-理论
我们象瞎子摸象，每一次只摸到大象的一部份，所以M-理论应当叫做摸论。当然摸没有
一个对应的以字母M 打头的英文单词，如果我们想开M-理论的玩笑，我们不妨把它叫作
按摩理论，因为按摩的英文是massage。我们研究M-理论的办法很像做按摩，这里按一下
，那里按一下。更有人不怀好意地说，M 是威顿第一个字母的倒写。

　　　
　　　　　　　　李可染所作《超弦生万象》

　　1995年的所有的兴奋到10月份达到高潮。加州大学圣巴巴拉分校理论物理所的泡耳
钦斯基 (Joseph Polchinski) 发现弦论中很多膜状的孤子实际上就是他在6年前与他的
两个学生发现的所谓D-膜。字母D 的含义是Dirichlet，表示D-膜可以用一种满足狄雷克
利边界条件的开弦来描述。施特劳明格用到的三维膜就是一种D-膜。这个发现使得过去
难以计算的东西可以用传统的弦论工具来做严格的计算。它的作用在其后的几年中发挥
得淋漓尽致。又是威顿第一个系统地研究了D-膜理论，他的这篇重要文章的出现仅比泡
耳钦斯基的文章迟了一个礼拜。威顿非常欣赏泡耳钦斯基的贡献，他在于哈佛大学所作
的劳布 (Loeb) 演讲中建议将D-膜称为泡耳钦斯基子，很可惜这个浪漫的名称没有流传
下来。

　　讲到这里，我们已给读者一个关于M-理论的模糊印象。下面我们将从引力理论和弦
论的基本东西谈起，这将是一个非常困难的工作。我们不得不假定读者已有了大学物理
的基础，即便如此，一些概念也很难用大学已学到的东西来解释。我希望读者给我时间
，也希望读者直接在每个贴子后面提问题，如果一些东西我没有讲清楚。弦论或M-理论
还在它发展的“初级阶段”，如果追根究底，有些问题还没有很好的回答。例如这么一
个简单的问题：到底什么是弦论，什么是M-理论？如果能吸引那怕是一两个读者自己继
续追问这个问题从而最终成为一个弦论专家，我已达到目的。

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