Physics 版 (精华区)

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标  题: [转寄] 每周一评:(1)超弦--大统一的理论?
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标  题: 每周一评:(1)超弦--大统一的理论?
发信站: 南大小百合信息交换站 (Tue Feb 17 22:41:58 1998), 转信

    从某种意义上说，物理学正处在这样一个自相矛盾的时期：
    一方面，物理学是最自负的一门科学，物理学家几乎不承认
有什么系统在原则上处于他们的研究之外；但在另一方面，搞物
理的也承认他们实际上对大多数系统的认识十分有限。即使是象
自然界中的雪花、云彩这样普通的事物，至今仍然很难用简单的
物理定律来构造模型。然而，物理系统的多样性背后总是由简单
的几条定律统治的，这点却没有什么物理学家产生怀疑。与之相
比，那些在实践中的无能为力似乎就显得微不足道了。
    长期以来，还原和简化的哲学思想一直占踞着物理学界的主
导地位，并且取得了很大成功。这个思想的核心在于相信原则上
任何系统的层次现象均可以依次简化，任何事物的动因最终都可
以归结到物质的基本组成这一图象。我们知道，牛顿的万有引力
定律之所以成功，并不是象通常解释的那样由于托勒密本轮均轮
体系的失败，而是首先由于它不必作更多的假设。（注）物理学
的进程中往往如此，一个理论取代另一个理论的首要原因不是它
比原有的模型更精巧，而是这个理论所需要的假设更少，更容易
与其它的特征相融合。这样的实例在本世纪上半叶尤其显得突出，
这里就不一一例举了。因而，我们很容易照这样的思路推想，假
如存在一个能够描述物质组成的最基本的理论，那么，它就有可
能成为一个包罗万象的理论。
    正是基于这样的观点，在本世纪的下半叶，物理学在实验和
理论两个方面进行了艰苦的尝试：从电子和介子的发现以来，已
经发现了超过一千种“基本”粒子，并进入了核子的下一个层次
----夸克；在统一相互作用方面，已经建立了弱电统一的动力学
----QED，并正在完善强弱电统一的夸克动力学：QCD。而早在
1920年数学家Theodor Kaluza就发现了万有引力和电磁力之间可
能存在的联系。如果没有后来对物质结构的进一步认识，1923年
Eddington所发表的一个基于数理逻辑关系上的“基本”理论或
许就要成为现在的统一理论。然而理论学家是永不满足的，他们
立足于现有的实验事实，又大胆地提出一个试图包罗万象的理论，
那就是超弦理论。从爱因斯坦统一时空并将引力几何化开始，所
有的统一都采用了加入自由度（维数）的方法，为了满足已知的
所有对称性，超弦理论的维数也是很可观的----22维。为了调和
相对论与量子力学的矛盾，超弦理论将自己的研究对象的尺寸限
制在10E-30厘米（注二）。作为科普介绍，这里已经难以继续深
入超弦的内涵了，就让我们先在这里停留吧。

（注）容易证明：通过一族同心圆在一个圆边界上的滚动，可以
得到标准的椭圆。这于开普勒三定律充分一致。
（注二）核的尺寸在10E-13厘米�
补记：一个包罗万象的理论，并不是一个能解释所有现象的理论
（虽然“原则上”说只要绕过所有数学困难就可以得到解释）；
即使在原子层次，相互作用只需考虑电磁相互作用，但对分子层
次相互作用的描述仍没有很好的办法。但这并不足以作为对包罗
万象理论存在与否的质难。



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