物理学中所有真正伟大的思想,都是超弦理论的“派生物”( 三 )


对生物体而言 , 大自然使用双链DNA分子 , 它解开双链 , 构成各自的复制物 。 我们身体中还含有数以万亿计的蛋白质弦 , 它们由氨基酸构件所组成 。 在某种意义上 , 我们的身体能被看作为大量弦的集合体 。
弦乐四重奏小组【物理学中所有真正伟大的思想,都是超弦理论的“派生物”】
目前 , 弦理论最成功的版本由普林斯顿的物理学家格罗斯 , 马丁内茨 , 哈维 , 以及罗姆所建立 , 有时他们被称为普林斯顿弦乐四重奏小组 。 他们四人之中 , 年长的是格罗斯 。 在普林斯顿大多数研讨会上 , 威滕可能低声问一些问题 。 但是格罗斯的声音是清楚明白的 。 任何一个在普林斯顿参加研讨会的人 , 都生活在格罗斯发出的连珠炮似尖锐提问的恐惧之中 。 要紧的是 , 他的问题往往击中要害 。 格罗斯和他的合作者提出了所谓杂优弦 。 如今 , 正是这种异于过去被提出的各种卡鲁查-克莱因型理论的杂优弦 , 极有可能把所有自然定律统一起来 。
格罗斯认为 , 弦理论解决了把木头转变成大理石的难题 。 “要从几何来构造物质本身——在某种意义上 , 那是弦理论要解决的问题 。 可以认为那种方法 , 特别是在像杂优弦那样的理论中 , 实质上是一种引力理论 , 在此理论中 , 物质粒子以及其他自然力之出现 , 与引力从几何中出现的方式相同 。
如我们所强调的 , 弦理论最显著的特征在于 , 爱因斯坦的引力理论被自动包含在其中 。 事实上 , 引力子(引力量子)作为闭弦的最小振动出现 。 大统一理论极力避免提到爱因斯坦引力理论 , 超弦理论却要求把爱因斯坦的理论包括进来 。 例如 , 如果我们把爱因斯坦引力理论仅仅看作为弦的振动 , 那么该理论就变得不一致而没什么用了 。 事实上 , 这就是威滕首先被吸引到弦理论中的原因 。 1982年 , 他读了一篇施瓦茨写的综述文章 , 惊讶地意识到单单从自洽要求出发 , 引力就可从超弦理论中出现 。 他回忆它是


我一生中最大的智力震颤 。
威滕说∶“弦理论十分吸引人 , 因为引力被强加给我们 。 所有已知一致的弦理论都包括引力 , 当引力像我们知道的那样在量子场论中不可能时 , 它在弦理论中却非有不可 。
格罗斯确信 , 如果爱因斯坦活着 , 他会热爱超弦理论 。 爱因斯坦热爱超弦理论的优美而简洁最终来源于其本质尚属未知的几何原理 。 格罗斯断言 , “爱因斯坦将对此感到满意 , 如果不对实现感到满意 , 至少对这一目标感到满意 。 他将喜欢有一个根本的几何原理 , 不幸的是 , 我们尚未真正了解它 。
威滕甚至进一步说∶

物理学中所有真正伟大的思想\"都是超弦理论的“派生物” 。
他这句话的意思是 , 理论物理学中的所有巨大进展都被包含在超弦理论之中 。 他甚至认为爱因斯坦广义相对论在超弦理论之前被发现 , 是“地球上出现的一个偶然事件” 。 他认为 , 在太空中某些地方 , “宇宙中的其他文明”可能首先发现了超弦理论 , 然后把广义相对论作为超弦理论的副产品导出 。
紧致化与美弦理论是物理学中这样一个有希望的候选者 , 因为它给出了见于粒子物理学和广义相对论中的对称性的简单起源 。
超引力既不可重正化又太小 , 以至于无法容纳标准模型的对称性 。 因此 , 它不是自洽的 , 它无法逼真地描述已知的粒子 。 然而 , 弦理论却两者都可做到 。 我们不久将看到 , 弦理论消除了见于量子引力中的无穷大 , 产生了有限的量子引力理论 。 仅此一条就确保了理论应当被当作是宇宙理论的候选者 。 然而 , 还有一个附带的好处 。 我们使弦的某些维紧致化时 , 发现有“足够的余地”容纳标准模型甚至大统一理论的对称性 。

由一个闭弦组成的杂优弦有顺时针和逆时针两类振动 , 它们被区别对待 。 顺时针方向的振动住在10维空间之中 。 逆时针方向的振动住在26维空间中 , 其中的16维已被紧致化 。

在卡鲁查原先的五维理论中 , 第五维通过卷成一个圆圈而被紧致化 。
杂优弦的名字来源于这样一个事实 , 即顺时针振动和逆时针振动住在两种不同的维中 , 但它们被组合起来 , 产生单一的超弦理论 。

推荐阅读