逐个评论大卫·格罗斯对“物理学的未来”所提25个问题(11)

10．弦理论

(接(10))

现在我转向弦理论——构造一个所有相互作用的统一理论的雄心勃勃的尝试。这里的基本问题是：什么是弦理论？我们真的不理解弦理论的核心是什么。我们所有的，不过是在一个理论的某些局部情形中，有许多不同的描述或计算方法，而这个理论本身是什么，我们却不能真正表述清楚。这真是一种怪异的处境。弦理论的各种表述经常是完全不同的。起初，我们是先描述10维空时中一条弦的经典运动，随后将这个系统量子化。但是现在，我们是按普通的（超对称的）规范理论，即标准模型中的杨－米尔斯理论，来表述某些特定的空时背景中的弦理论。有极强的证据表明，这些规范理论在数学上等价于一个描述在5维反德西特空间（anti-de Sitter Space，具有一个负的宇宙学常数）中运动的、可视之为的弦的理论。对于弦理论，我们还有许多不同的对偶表述，但是我们不知道该理论以及所有这些对偶表述的本质是什么。这种对偶性的深层含义还没有被真正理解。理论有许多不同表述，这些不同的表述看起来差异很大，各自都有不同的基本的动力学对象，这一事实对我们所熟悉的基本性和局域性概念造成了极其严重的威胁。

评论：

在能量达到10^16 GeV，电磁力、弱力的强度已变得与强力相等，大约在10^19 GeV，引力也变得同等重要了。

“基本弦”是设想：在这么高的能量尺度下，各类基本粒子对应于具有质量、自旋之类的各种量子数的某种振动模式。它们都是某种“没有宽度和厚度，长度的典型尺寸是10^(-33)cm的弦”。在时空中运动时，展现为虚拟的，开放式或封闭式的，称为“世界片”的表面。并根据不同维数和对称性而确定为各种不同的特性弦。

相互作用的世界片是一种光滑表面。使得这种实际是微扰方法的弦理论，可以免受无穷大奇点的困扰，而成为它的一种带根本性的优良特性。

为了将自然界存在的费米子和玻色子，两类粒子，都同时包含在理论之中，相互联系而组合成超多重子，就需要所谓“超对称”。而只有在10维时空的条件下，这种“超弦量子场论”才能够“自洽地存在”。否则，就会有某些量子效应使得弦论不自洽而呈现“病态”。

进而，提出了11-维的超引力的M- 理论，可描述低能物理。在过去的几年中，在理解包括D-膜和弦的对偶性在内的弦论的总体结构方面取得了 很大的进展。运用弦论来研究黑洞物理和量子引力已取得很大的成功。

因而，被认为是物质的基本组元，和统一4种自然力的统一场论的有力候选者！

但是，所谓“弦”只是微扰方法下，各种量子数的某种振动模式，它们怎么能是物体的基本单元？又怎能是统一的场论呢？

而且，微扰方法所得的结论也只适用于微小变化的问题，并不能简单推广用于较大变化的问题，也不能根本解决计入高次展开项可能反而出现无穷大的不合理现象。

这种由无实际根据地添加维数以满足理论需要的做法也很不科学。

而按新理论体系，就不存在以上问题和困难，而且，任何“时空多线矢”弹性力方程，在经典近似条件下的解,都是其各分量相应的谐振子多线矢，都表现出“弦” 或“膜”或其“高次、线类”的特性。因而，就可具体说明 相应的“弦”或“膜” 或其“高次、线类”的产生。

(未完待续)