A Layman’s Guide to String/M Theory

Presentation on theme: "A Layman’s Guide to String/M Theory"— Presentation transcript:

1 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

2 四种相互作用 电磁力 弱相互作用力 强相互作用力 引力

3 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

4 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

5 两种弦结构：

6 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

7 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

8 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

9 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

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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17

18 但该理论的完整框架还没有建立 有待于年轻一代的努力！

19 ？ ？ M-理论 弦理论 标准模型 电弱理论 QED

20 谢谢！