A Layman’s Guide to String/M Theory

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Presentation transcript:

A Layman’s Guide to String/M Theory 卢建新 中国科技大学交叉学科理论研究中心 http://icts.ustc.edu.cn 2006.3.10

四种相互作用 电磁力 弱相互作用力 强相互作用力 引力

量子场论 对 ‘基本’ 粒子及其相互作用提供了非常成功的描述 但 对引力的描述失效 原因:紫外发散不能通过所谓的标准重正化 使其成为有限

超弦理论是解决引力量子化并将引力与弱相互作用力、电磁力和强相互作用力统一的一种尝试

两种弦结构:

弦理论的基本思想: 自然界观察到的不同的基本粒子对应一维弦的不同振动模 这些粒子的不同性质对应该弦的不同量子态

一个量子意义上微扰自洽的弦理论: 不应有紫外发散出现 其粒子譜中应有一个具有与通常引力子相同性质的粒子 该理论应将量子力学、规范理论和广义相对论统一在同一理论框架内

超弦第一次革命(84-85): 建立了五种微扰意义上自洽的量子弦理论(Type IIA、 IIB,Type I (规范群SO(32)),杂交弦(规范群 SO(32)或 规范群 E8 x E8)) 每一种弦理论的自洽性要求 (1 + 9)-维时空和时空超对称

得到包含SU(3) x SU(2) x U(1) 的规范群 手征费米子 三代轻子和夸克 N = 1 超对称 (1 + 9) Calabi-Yau 紧致化 (1 + 3) 得到包含SU(3) x SU(2) x U(1) 的规范群 手征费米子 三代轻子和夸克 N = 1 超对称

(Theory of Everything ?) Final Theory? (Theory of Everything ?) TOE

存在很多疑惑: 比如太富有问题——一个现实世界但有五种自洽的理论存在 可能的答案: 五种微扰弦理论尽管表明上不同但实际上是物理上等价的 每一种弦理论,尽管将量子力学和广义相对论统一起来,仍不是描述自然的最终统一理论而仅仅为一个更基本、唯一理论的一个特殊方面 建立上述任一可能性要求我们研究这些弦理论的非微扰性质

检验问题: 弦理论具有自然能标:Mpl ~ 1019 GeV 和 10维时空 对该理论的最小检验是 (1 + 9) (1+3)可观 对该理论的最小检验是 (1 + 9) (1+3)可观 的物理即粒子物理的标准模型 然而至目前我们还没有找到一种紧致化使得微扰弦 论从定量上与标准模型一致 这也表明,如果弦理论与现实世界有关(?),我们 的世界一定处于弦理论的非微扰区域

一个渐进理论能成为终极理论吗? 如果微扰弦理论是终极理论,可能的输入量应是光速、Planck 常数和弦张力加上可能的初始条件(边界条件?),其它都应由其动力学决定,特别是弦真空态。 然而,对五种微扰弦的每一种,我们都假定平坦时空和弦耦合常数 gs

总结: 要理解上述每一种疑惑,我们需要研究弦 论的非微扰行为即弦的耦合常数 g >= 1

最简单的非微扰信息是一维弦的孤子譜 研究发现:弦理论除一维弦本身外,它还有 -个5维的称为 NSNS 5-膜的孤子和一类p维称为 Dp-膜的孤子,这里(p = 0, 1, … 6). 如果取微扰 弦的能标 Ms 为 1, 对应的 NSNS 5-膜能标 MNS5 = ,Dp-膜的能标MDp = 1/g1/(1+p) 1/g2/3

如果弦耦合常数 g > = 1, MF > = MNS5 >= MD6 >= MD5 >= MD4 >= MD3>= MD2 >= MD1 >= MD0 一个更大的理论 = M-理论

但该理论的完整框架还没有建立 有待于年轻一代的努力!

? ? M-理论 弦理论 标准模型 电弱理论 QED

谢谢!