超弦理论与M理论中物质的主要特点

   

                         （物理学上的时空与物质69）

 

 

    在超弦理论和M理论之前的物理学理论，例如牛顿力学理论、狭义相对论和广义相对论等都认为物质是以质点或场的形式存在的，还认为凡是物质都具有质量，并且认为，物质都处于1+3维时空中。可是，在超弦理论或M理论中则认为物质是以弦的形式（即物质分布在1维弦上）或膜的形式（即物质分布在p维膜上）存在的，也认为凡是物质都具有质量，并且认为，物质都处于1+D维时空中，D=9或10。

    此外，牛顿力学理论、狭义相对论和广义相对论等都认为质点在时空中的位置可用质点的时空坐标或其广义坐标来表示，质点的运动可用质点位置的时间变化率或质点的广义动量来表示，广义动量有4（=1+3）个分量，其时间分量为能量。为描述和研究质点的运动，可引入拉格朗日函数和哈密顿函数，并进一步求得籍以表征质点运动规律的拉格朗日方程和哈密顿方程。这一整套描述和研究质点运动的方法，可以推广到超弦理论和M理论：弦和膜中物质的运动都可看成是质点系的运动，弦或膜在时空中的位置可用弦或膜的广义坐标来表示，弦或膜的运动可用其位置的时间变化率或其广义动量来表示，弦或膜的广义动量有10（=1+9）或11（=1+10）个分量，其时间分量为能量。为描述和研究弦或膜的运动，也可引入拉格朗日函数和哈密顿函数，并进一步求得籍以表征弦或膜运动规律的拉格朗日方程和哈密顿方程[1]。

   总之，超弦理论和M理论中物质的主要特点是：1、物质是以弦的形式式存在的；2、弦或膜的运动可用其广义动量来表示，弦或膜的广义动量或有10（=1+9）或有11（=1+10）个分量，其时间分量为能量；3、弦或膜的质量及动量是其物质性的表现；4、弦或膜的拉格朗日函数和哈密顿函数都可用以描述弦或膜中物质的运动状态，弦或膜中物质的运动规律都可由拉格朗日方程和哈密顿方程来反映。

   把一个物理体系量子化有两种方法，即正则量子化和路径积分量子化，已证明这两种量子化是彼此等效的。在正则量子化中，物理观测量要变为算符。超弦理论和M理论都是量子理论，它们是否都可以正则量子化和路径积分量子化呢？把超弦理论或M理论正则量子化，其物理观测量是否变为算符呢？由于在超弦理论或M理论中可引入拉格朗日函数和哈密顿函数并满足作用量原理，这就意味着能够使用正则量子化和路径积分量子化，也意味着可以采用适当的对易关系来使物理观测量变为算符。

 

 

参考文献

 

   [1] Becker K.,Becker M.,and Schwarz J.H.“String Theory and M-Theory”,

 

   世界图书出版公司，北京.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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