一个偶然的机会,“未来物理学”闯入了20世纪,把人类搞懵了( 二 )


KSV断言 , 所有这些圈图的总和将得出一个精确的数学公式 , 这个公式解释亚原子粒子如何相互作用 。 然而 , KSV方案包含有一系列未经证明的猜测 。 人们必须明确构造这些圈 , 否则这些猜测是无用的 。
弦的场论自从法拉第的开创性工作以来 , 每一个物理理论都用场来表达 。 麦克斯韦的光理论以场论为基础 , 爱因斯坦的光理论亦然 。 事实上 , 所有粒子物理学都以场论为基础 。 唯一不以场论为基础的理论 , 是弦理论 。 KSV方案是一组方便的规则 , 而不是场论 。

然而 , 弦的场论问题在于 , 许多物理学先驱性人物都在反对它 。 他们的理由很简单 。 像海森堡等物理学巨人经年累月地研究 , 以期创立不基于点粒子的场论 。 他们认为 , 基本粒子可能是正在脉动的物质团块 , 而不是点 。 然而 , 不管他们如何努力 , 基于团块的场论总是违背因果律 。
假如我们在某一点摇动这个团块 , 那么相互作用会比光速还快地通过团块传播 , 这违反了狭义相对论 , 产生各种时间佯谬 。 这种基于团块的“非定域场论” , 被认为是一个巨大难题 。 事实上 , 许多物理学家坚持认为 , 只有基于点粒子的定域场论才是一致的 , 非定域场论必然违背相对论 。
第二个理由更可信 。 韦内齐亚诺模型有许多在以前的场论中未曾见到的不可思议性质(包括所谓的对偶性) 。 早些年 , 费曼给出了任何场论都应当遵守的“规则” 。 然而 , 这些费曼规则直接破坏了对偶性 。 于是 , 许多弦理论家相信 , 弦的场论是不可能的 , 因为弦理论必定违背韦内齐亚诺模型的性质 。 他们说 , 弦理论在所有物理学中是独特的 , 因为它不能被重塑成场论 。

  • 加来道雄
加来道雄研究了这个困难而重要的问题 。 首先 , 他在时空的每一点引进一个场 。 然而 , 对于弦的场论 , 他推广法拉第的概念 , 假定一个场 , 这个场定义了一条在时空中振动的弦的所有可能组态 。 第二步 , 是假设弦所遵守的场方程 。 单独在时空中运动的单一弦所遵守的场方程 , 不难得到 。 像所预想的那样 , 加来道雄的场方程重新产生了一个弦共振的无穷级数 , 其中每一个共振对应于一个亚原子粒子 。 接下来 , 他发现海森堡所认为的异议被弦场论所解决 。 如果轻轻摇动弦 , 那么振动将沿弦以小于光速的速度传播 。
但当他企图引进相互作用的弦时 , 他不能正确地再现韦内齐亚诺振幅 。 对偶性与费曼给出的任何场论的图解直接相抵触 。 正如批评者们所预期的那样 , 费恩图是不正确的 。 上一个世纪构成物理学基础的场论 , 似乎与弦理论根本不相容 。 对偶性必然被破坏的结论似乎无可逃避 。 福尔摩斯对华生说 ,

我已经对你说过多次 , 当你把绝不可能的因素都排除出去以后 , 不管剩下的是什么 , 不管是多么不大可能的事 , 那就是真相 。
在这一思想的鼓励下 , 加来道雄排除了所有绝不可能的其他方法 。 唯一留下的不大可能的方法则违反了韦内齐亚诺·铃木公式的性质 。 他意识到物理学家忽视了明显的事实 , 这就是人们能把韦内齐亚诺-铃木公式分成两部分 。 于是 , 每一部分都相应于一个费恩图 , 且每一部分都违背对偶性 , 但总和遵循场论的所有正确性质 。 不出所料 , 场论确实违背对偶性 , 但这是可接受的 , 因为最终的总和重现了韦内齐亚诺-铃木公式 。
加来道雄解决了问题的大部分 。 然而 , 仍然缺少代表四条弦碰撞的一个费曼图 。 加来道雄从法拉第的力线中找到灵感 , 弯弯曲曲的电荷力分布线条与弦的碰撞具有相同的拓扑结构 。 于是 , 他找到了描述四条弦碰撞的正确分布 。
但由于他是反向构造这个场论的 , 所以许多对称性仍然不清楚 。 例如 , 狭义相对论的对称性并非以明显的方式出现 。 还需要更多的工作使他发现的场方程趋于完善 。 但是正当他开始探索他的场论的性质时 , 该模型意想不到地遭遇了一次严重的倒退 。
那一年 , 拉特格斯大学的物理学家洛夫莱斯发现玻色弦(描述整数自旋)只在26维中是自洽的 。 其他物理学家证实了这一结果 , 并且证明超弦(描述整数和半整数自旋)只在10维中自洽 。 人们不久就认识到 , 在10维或26维以外的维数中 , 该理论完全丧失了它所具有的所有优美数学性质 。 但是没人相信 , 定义在10维或26维中的理论会与现实有关 。 弦理论方面的研究突然陷于停顿 。 像弦理论以前的卡鲁查-克莱因理论一样 , 弦理论陷入了长眠之中 。

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