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发信人: zjliu (分析数学), 信区: Science
标  题: M理论(二)(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年09月27日20:26:29 星期五), 站内信件

【 以下文字转载自 Math 讨论区 】
【 原文由 zjliu 所发表 】
 

M理论的“M”指什么
　　威滕说：“M在这里可以代表魔术(magic)、神秘(mystery)或膜(membrane)，依你所
好而定。”施瓦茨则提醒大家注意，M还代表矩阵(matrix)。
　　在围棋游戏中，只有围与不围这样很少的几条规则，加上黑白两色棋子，却可以弈
出千变万化的对局。与此相似，现代科学认为，自然界由很少的几条规则支配，而存在
着无限多种这些支配规律容许的状态和结构。任何尚未发现的力，必将是极微弱的，或
其效应将受到强烈的限制。这些效应，要么被限制在极短的距离内，要么只对极其特殊
的客体起作用。
　　科学家非常自信地认为，他们发现了所有的力，并没有什么遗漏。但是，在描述这
些力的规律时，他们却缺乏同样的自信。20世纪科学的两大支柱——量子力学和广义相
对论——居然是不相容的。广义相对论在微观尺度上违背了量子力学的规则；而黑洞则
在另一极端尺度上向量子力学自身的基础挑战。面对这一困境，与其说物理学不再辉煌
，还不如说这预示着一场新的革命。
　　萨拉姆(A.Salam)和温伯格(S.Weinberg)的弱电统一理论，把分别描述电磁力和弱力
的两条规律，简化为一条规律。而M理论的最终目标，是要用一条规律来描述已知的所有
力(电磁力、弱力、强力、引力)。当前，有利于M理论的证据与日俱增，已取得令人振奋
的进展。M理论成功的标志，在于让量子力学与广义相对论在新的理论框架中相容起来。

　　同弦论一样，M理论的关键概念是超对称性。所谓超对称性，是指玻色子和费米子之
间的对称性。玻色子是以印度加尔各答大学物理学家玻色(S.N.Bose)的名字命名的；费
米子是以建议实施曼哈顿工程的物理学家费米(E.Fermi)的名字命名的。玻色子具有整数
自旋，而费米子具有半整数自旋。相对论性量子理论预言，粒子自旋与其统计性质之间
存在某种联系，这一预言已在自然界中得到令人惊叹的证实。
　　在超对称物理中，所有粒子都有自己的超对称伙伴。它们有与原来粒子完全相同的
量子数(色、电荷、重子数、轻子数等)。玻色子的超伙伴必定是费米子；费米子的超伙
伴必定是玻色子。尽管尚未找到超对称伙伴存在的确切证据，但理论家仍坚信它的存在
。他们认为，由于超对称是自发破缺的，超伙伴粒子的质量必定比原来粒子的大很多，
所以才无法在现有的加速器中探测到它的存在。
　　局部超对称性，还提供将引力也纳入物理统一理论的新途径。爱因斯坦广义相对论
，是根据广义时空坐标变换下的某些要求导出来的。在超对称时空坐标变换下，局部超
对称性则预言存在“超引力”。在超引力理论中，引力相互作用由一种自旋为2的玻色子
(引力子)来传递；而引力子的超伙伴，是自旋为3/2的费米子(引力微子)，它传递一种短
程的相互作用。
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