Physics 版 (精华区)

发信人: Landau (朗道), 信区: Physics
标  题: 世纪之交的理论物理学(3)
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年10月26日21:39:33 星期五), 站内信件

发信人: Kernel (江山如画), 信区: Physics
标  题: 世纪之交的理论物理学(下) (转载)
发信站: 日月光华站 (Sun Oct 21 10:39:13 2001) , 站内信件

【 以下文字转载自 FDU_Physics 讨论区 】
【 原文由 Gabriel 所发表 】
发信人: whbing (Rabbit★深居简出), 信区: physics
标  题: 世纪之交的理论物理学(下)
发信站: BBS 曙光站 (Sun Oct 14 11:12:19 2001)
世纪之交的理论物理学(下)
为此，要成功地建立一门量子引力理论，出路只有两个：第一，考虑到发散
的根源在于我们将基本粒子理想化而视为点状物，我们可以尝试不再将基本
粒子视为具有点状的结构，而是延展性的物体，比如说是一维的弦，或二维
乃至高维的膜。第二，我们由重整化的本质而有理由相信，微扰论本身，也
许对量子引力不再有效，我们所能建立的，只能是一种非微扰的量子引力理
论。当今量子引力理论界的两个主要流派，就是以这两种思路分别建立并发
展起来的。由第一种思路出发而建立起来了的是超弦理论，由第二重思路建
立起来的被称为背景独立的圈量子引力。
超弦理论的发展至今，已有三十年的历史了，期间受到的讽刺和吹捧都不少。
这样的待遇，是与弦理论本身的特点分不开的。
说简单了，弦理论很简单。几乎人人都可以理解弦，知道一些弦理论的内容。
也就很容易走入科普的殿堂，被普通大众所品头论足。其出发点，无非就是
将点粒子的概念用具有广延性的一维弦来代替，认为所有的所谓基本粒子，
将点粒子的概念用具有广延性的一维弦来代替，认为所有的所谓基本粒子，
并不是一个局域性的点粒子，而是一根弦，不同的粒子，对应于弦不同的振
动模式。至于为什么在仪器所能探测的范围内，基本的粒子不是弦状的，那
时因为我们的仪器还达不到那么高的能区，以至能分辨那样极为微观的结构。
用个数量来衡量，弦的长度只有十的负33次方厘米(10^{-33}CM)那么长！所
以严格说来，弦理论至今依然缺少任何可行的实验验证。这是它从一诞生开
始受到的待遇与标准模型迥然不同的原因之一。(标准模型有很强的预言力，
可以为实验所验证。)因为它至今没有实验的支持，谁都可以对它嗤之以鼻，
认为它只是一门形而上的“玄学”而已。另外，弦理论中还包含了许多“玄
而又玄”的东西，什么高维时空，超对称，无一能被实验所证实，也就很难
被许多人所接受。
说复杂，弦理论确实很复杂，因为它同时被行家捧为“包括一切”的理论。
科学意义来说，它当然是指的所有力的大统一理论。这样的一个理论，尽管
思想很简单，必然具有一个复杂的结构来最终与眼前的大千世界所对映。光
就其所用的数学来说，就有许多的研究生如弦的创始人之一史瓦兹所说的那
样，一“掉进去”，再也没有“回来”！这当然是掉进数学的深洞，没有回
到物理的问题上来。所以尽管当今研究弦论的人很多，但瞎子摸象的也不少，
真正通晓弦论真谛的人，屈指可数。
弦模型的诞生并不是直接用来描述基本粒子，而是南部等人试图用来描述夸
克的渐近自由性质，他们设想夸克之间是被这样的一些象橡皮筋的弦给拉着，
从而分开得越远，之间的相互作用力反而越大，靠得近了，弦也就处在松弛
状态，作用力趋于零。直到七十年代以后，用弦来描述基本粒子的理论才被
格林(GREEN)，史瓦兹(SCHWARZ)，和格罗斯(GROSS)等人建立了起来。它的
格林(GREEN)，史瓦兹(SCHWARZ)，和格罗斯(GROSS)等人建立了起来。它的
最迷人之处，便是以下的两个特点。其一，微扰展开时，它的各阶微扰项都
是有限的！其二，要使其成为一个完好的理论，引力必须同时被包括在整个
框架里面！这样突破性的进展，无疑应该使得它成为量子引力理论中最具前
景的候选者。但长久一来，它并不能成为一个让人接受的理论。其中一个明
显不让人满意的地方，便是发觉这样的一个理论，只能在一个特定的时空维
数下，方能是一个好的量子理论，而这个时空维数，是26维！为什么造物主
如此有心，不多不少，偏偏喜欢这样的一个维数？更何况我们实实在在感受
到的时空，仅仅是四维的呢？
当今弦理论的领袖，威腾(E。WITTEN)，便是在那样一种对弦褒贬不一的背
景下，于七十年代末，八十年代初走进了这样一个研究领域，从而给弦理论
相继带来了“两次革命”，并使其成为当今引力与统一理论的主流……
尽管爱德华·威腾(EDWARD WITTEN)现在还不到五十岁，但早已是跻身于
当今数学名家之列了。所以他的个人小传，也与同S·S·CHERN(陈省身)，
M·ATIYAH，DONALDSON，S·T·YAU(丘成桐)，A·CONNES诸位当代几何(拓
扑)学大师一起，被数学界权威网站所收录(已附于文尾)。这当然与他获得
90年的菲尔兹(FIELD)奖有关。但非常有趣的是，威腾竟是个物理学家！
更让人肃然的是，90年代中期有人就谁是家喻户晓的当代人物对美国人进行
调查，威腾居然名列前五十强。这对于从事研究的科学家而言，实属罕见。
下面的小传中提到了他获奖的一个原因，便是将丘成桐等人对广义相对论中
正能定理的证明，进行了大大的简化。而事实上现在回头来看威腾的工作，
那只是他所有工作中的一个小部分而已。随后他在86年左右开创了拓扑场论
的先河。这样的一门分支，从数学的角度看，是用物理学中场论的方法，来
的先河。这样的一门分支，从数学的角度看，是用物理学中场论的方法，来
对空间的拓扑结构进行研究；从物理的角度来看，是将空间的(特别是非平
庸的)拓扑结构，纳入场论的范围内来加以考虑，从而对一些依然存在的物
理现象进行解释。所以无论是从数学的审美角度上看，还是从物理的应用上
来看，其工作完全可以和他对正能定理证明的简化相媲美。利用发展起来的
量子拓扑场论，威腾自己首先便对2+1维(两维空间，一维时间)量子引力进
行了研究，证明了它完全是一个可解问题。随后95年左右，威腾和塞伯格
(SEIBERG)作了一个很漂亮的工作，现在这个工作被称为SEIBERG-WITTEN理论，
它旨在对超对称中“电磁”对偶性进行研究。这对于弦理论而言，具有非常
重要的价值，这以后会再专门叙述。但同时这个理论在四维拓扑学中同时带
来了突破性的进展。它使得对四维拓扑不变量--DONALDSON结的计算量，大大
地减少。所以去年在国际数学物理会议上(ICMP2000)，ATIYAH在总结性的发
言中，依然提起了他们的这项工作。
但是威腾的主要研究领域，应该说是在弦理论。因为弦理论的两次革命，都
是直接和威腾的工作分不开的。威腾开始研究弦时，前景并不被行家看好。
我老板闲聊时侃过这样一件小事。八十年代初，钱德拉谢卡尔(Chandrasekhar)
访问普林斯顿的时候，问威腾他们正在作些什么。威腾告诉这位老前辈，说
我们正在作一些弦方面的工作，然后钱德拉谢卡尔就语重心长地说，年青人，
作工作选课题时，可得慎重点儿！弄得威腾等人尴尬不已。
但弦随后便取得了突破性的进展。首先，原来的弦理论是一个玻色子理论，
为了能将费米子也纳入到弦的框架里来，人们将超对称也考虑了进来(将在后
面对超对称另作简介)。这使得合理的时空维数由26维降到了十维。同时在这
样的超弦框架里面，不象以前似乎可以建立起许多、种不同的弦理论，人们
样的超弦框架里面，不象以前似乎可以建立起许多、种不同的弦理论，人们
发觉可以建立起来的自恰的理论，只可能有五种！它们分别与不同的对称群
相对应。这样方标志着超弦理论，初具轮廓。史瓦兹将其称为弦的第一次
革命。被他称为弦的第二次革命发生于95年前后，威腾等人发觉，即使是在
这样五种不同的超弦理论中，他们并不是完全独立的，它们被各种各样的对
偶性(DUALITY)给联系了起来。如同电磁对偶一样，五种不同的弦理论，只是
描述了同一事物的不同侧面！那么这个“同一事物”又是什么？它为弦理论
所预言，但至今依然没有答案。但无疑，它正是人们一直在梦寐以求的“包
括一切”(^_^)的大统一理论！这样的一个理论，现在被命名为M理论(或如
SEN提议的U理论)。现在人们只知这样的一个理论，应该是一个存在于十一
维时空的理论，若把它比作一个三维立方体，那么你可以想象五种不同的十
维弦理论，分布于立方体不同的角或面，各能窥其一隅，但远远不够完整。
特别需要指出的是，这样的一个M理论，产生于弦理论，但不是弦理论！所以
你可以说弦理论的第二次革命，“革的是自己的命”，旧理论方兴未艾，新
理论有待破壳而出，谁又能说接下来的二十年，不会迎来另一个激动人心的
时代呢？……

--
    Jiang Zemin stressed the CPC must always represent
the development trend of China's advanced productive
forces, the orientation of China's advanced culture, and
the fundamental interests of the overwhelming majority
of the people.
相对应。这样方标志着超弦理论，初具轮廓。史瓦兹将其称为弦的第一次

※ 来源:·日月光华站 bbs.fudan.edu.cn·[FROM: 10.13.20.26]

--
Landau：当一个方程的待定参数达到5个，就可以拟合出一只大象。
~

※ 来源:·哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn·[FROM: 202.118.247.27]
※ 修改:·Landau 於 10月26日21:40:41 修改本文·[FROM: 202.118.247.27]