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超弦理论超弦理论是20世纪80年代发展起来的一种理论，它试图将量子力学和引力统一起来。
传统的量子力学和引力理论存在矛盾，这是因为它们是基于不同的假设和数学框架建立起来的。
量子力学是研究极小尺度物体的理论，而引力理论是研究质量相互作用的理论。
这两个理论之间的矛盾导致了我们对于宇宙的整体运作仍存在许多未解之谜。
超弦理论通过假设宇宙是由超弦组成的，试图将量子力学和引力统一起来。
超弦理论认为，所有的物质都是由极小的超弦振动形成的，不同的超弦振动模式会对应不同的粒子，比如电子、光子、夸克等。
这个理论背后的基本思想是，物质不是由点、线和面这样的最基本粒子组成的，而是由超弦这种更基本的对象组成的。
超弦理论涉及到很多高深的数学概念，其中一个最重要的概念是维度。
我们通常所熟悉的三维空间可以用三个坐标轴来描述，而在超弦理论中，我们必须考虑更多的维度。
具体来说，超弦理论要求我们考虑10个或11个维度的空间，其中一些维度是紧缩的，这意味着它们卷曲成一个非常小的环，而我们通常只能观察到其他的几个维度超弦理论看起来是一种非常有前途的理论，它提供了对宇宙和自然界的更深入理解，可以解释一些目前传统理论无法解释的现象，比如黑洞和宇宙学中的问题。
然而，目前还没有直接的实验观测支持超弦理论的正确性。
因为要观测到超弦振动需要非常高的能量，远超目前人类科技水平的范围。
此外，还有一些争议关于超弦理论中的一些假设，比如紧缩维度的存在以及为什么我们无法观测到超弦振动等问题。
超弦理论是一种非常复杂和困难的理论，但它对于我们理解宇宙和自然界有着重要的意义。
虽然目前我们还没有实验观测支持超弦理论的正确性，但是这并不意味着超弦理论是不正确的。
我们需要更多的研究和实验来验证或推翻这个理论。
除了超弦理论，现代科学领域还有许多其他复杂和困难的理论。
比如，量子场论和宇宙学中的暗物质和暗能量问题等。
这些理论都要求我们深入研究数学和物理学，以便更好地理解宇宙和自然界。
超弦理论科学家猜想：物质是由像“弦”状的基本粒子所构成，都是很小很小的弦的闭合圈（称为闭合弦或闭弦），闭弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子。
尽管弦论中的弦尺度非常小,但操控它们性质的基本原理预言,存在着几种尺度较大的薄膜状物体,后者被简称为"膜".直观的说,我们所处的宇宙空间也许就是九维空间中的三维膜.弦论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论。
超弦理论- 超弦理论10维时空超对称性和 2维弦空间超对称性的弦理论。
该理论是1981年由M.B.格林和J.H.许瓦兹提出的。
根据超弦理论，引力子、规范玻色子、夸克和轻子等（见强子结构），都是弦在弦空间中振动的不同模式。
弦分闭弦和开弦两种，闭弦零质量模式构成超引力多重态，包含引力子、引力微子等；开弦零质量模式构成超杨-密耳斯多重态，包括规范场和规范费密子。
此外,弦还有无穷多高激发态模式。
弦的断裂或连接表示弦之间的相互作用。
当弦的张力趋向无穷大时，弦理论过渡到通常的点粒子理论。
超弦理论分为三种类型：Ⅰ型，由开弦和非定向闭弦构成，其低能极限等价于N=1的10维超引力和超杨-密耳斯理论,规范群为SO(N)和USP(N);Ⅱ型,仅由定向闭弦构成，不能描述规范相互作用,低能极限等价于N=2的10维超引力理论；Ⅲ型是1985年由D.J.格罗斯等人提出的杂交弦，由26维空间玻色弦和10维空间费密弦“杂交”而成,虽然它仅包含定向闭弦,但由于在环面上紧致化及孤立子的存在,可以描述规范相互作用,规范群为E8×E8或Spin(32)/Z，其中Spin(32)为SO(32)的覆盖群，其低能极限与Ⅰ型超弦相2同。
格林和许瓦兹于1984年证明：精确到一圈图，如果规范群为SO(32)，Ⅰ型超弦理论无反常且有限（此结论对杂交弦亦正确）。
因而超弦理论有可能成为一种把引力相互作用、弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用统一起来的理论形式，因此它已成为1984～1985年粒子物理学理论最活跃的研究方向。
超弦理论简介与展望超弦理论是近年来物理学领域非常热门的一个研究方向，它是一种试图统一所有基本粒子和力的理论。
本文将简要介绍超弦理论的基本概念，并展望其未来可能的研究方向。
什么是超弦理论？超弦理论是指将基本粒子看作是由维度极小的弦所组成的理论。
在传统的粒子物理学中，我们认为基本粒子是点状的，而超弦理论则将粒子看作是振动的弦。
这种新的理论框架可以更全面地解释自然界中的现象，并试图统一量子力学和引力理论。
超弦理论的突破之处传统的物理理论在解释基本粒子间相互作用时面临困境，无法在同一框架中统一解释各种力的作用。
然而，超弦理论的出现打破了这个局限，试图将所有力结合到一个理论中。
这意味着我们可能有机会找到宇宙存在的更深层次的规律，从而揭示出整个宇宙的奥秘。
超弦理论的研究进展自超弦理论提出以来，已经取得了许多重要的研究成果。
一方面，通过利用超弦理论来研究黑洞和宇宙起源等宇宙学问题，我们对宇宙的演化和结构有了更深入的理解。
另一方面，研究者还通过超弦理论解释了量子奇点的几何结构和存在。
这些成果为我们对宇宙的了解提供了新的思路和方法。
超弦理论的展望虽然超弦理论在解决一些重要问题上取得了重大突破，但仍然存在一些挑战和未解之谜。
超弦理论需要更具体的数学实现，以便能够与实验进行验证。
我们还需要深入研究超弦理论中的物理规律，以揭示宇宙的本质。
超弦理论与其他分支的物理学如量子场论、引力理论等的关系也需要更加深入地探究。
未来，我们可以期待更多的研究者加入到对超弦理论的探索中，为我们解决当前物理学中的一些难题提供新的思路和方法。
通过不断地扩展我们对超弦理论的认识，我们或许能够揭示出宇宙的基本规律和运行机制。
超弦理论作为现代物理学的一个重要研究方向，正试图揭示宇宙奥秘的面纱。
通过将基本粒子看作是振动的弦，超弦理论力图统一所有力，并解释宇宙中的一些重要现象。
虽然超弦理论仍然面临挑战和未解之谜，但我们对其潜力充满期待。
相信未来的研究将进一步推动我们对超弦理论的认识和应用。
超弦理论宇宙的基本构建模块超弦理论是一种力图统一量子力学和相对论的理论，它认为我们所感知到的物质和力量都是由微小的、振动的超弦构成的。
这些超弦是宇宙的基本构建模块，它们的振动模式不仅决定了物质的性质，也决定了宇宙的结构和演化过程。
在超弦理论中，超弦是一种连续的线状物体，具有非常小的尺寸。
它们振动的方式可以被看作是一系列基本谐振模式的叠加，每一种振动模式都对应着不同的粒子。
这些振动模式可以被分为开弦和闭弦，它们之间的区别在于开弦的两个端点可以自由移动，而闭弦的两个端点是相连的。
超弦理论中存在五种不同类型的超弦，分别被称为I型、IIA型、IIB型、heterotic-E型和heterotic-O型超弦。
这些超弦之间的区别在于它们的振动模式和对称性不同，导致了它们所描述的物理现象也有所区别。
例如，IIA型和IIB型超弦具有超对称性，而I型超弦则没有。
超弦理论还包括了引力的描述，这是相对论的重要组成部分。
其中最具代表性的是引力子，它是一种质量为0的粒子，传递引力相互作用。
超弦理论中的引力子是通过闭弦的振动模式描述的，这些振动模式决定了引力的强度和作用范围。
除了超弦和引力子，超弦理论还涉及了其他类型的粒子，包括弦态玻色子和弦态费米子。
弦态玻色子是具有整数自旋的粒子，它们描述了物质的弦振动模式。
而弦态费米子则是具有半整数自旋的粒子，它们描述了物质的超对称性质。
超弦理论的一个重要特点是它包含了额外的空间维度。
根据理论，我们所处的宇宙实际上是一个十维的空间，其中六个维度处于紧致化状态，即卷曲在非常小的尺度上。
这些额外维度很难被直接观测到，但它们对超弦理论的结构和物理现象都有重要影响。
总结起来，超弦理论认为宇宙的基本构建模块是微小的、振动的超弦。
这些超弦的振动模式决定了物质的性质和宇宙的结构，它们通过不同的振动模式描述了不同类型的粒子，包括引力子、弦态玻色子和弦态费米子。
此外，超弦理论还包括了额外的空间维度，这些维度对宇宙的演化过程起着重要作用。
三、超弦理论简介2006年7月世界著名数学家、哈佛大学教授丘成桐院士，在南开大学陈省身数学研究所演讲前后曾说：弦理论研究已经到了“重大革命性突破的前夜”。
2008年获得诺贝尔物理学奖的南部阳一郎，就是一位著名的弦理论先驱者之一。
2009年10月英国剑桥大学著名科学家霍金告别卢卡斯数学教授职位后，也是著名的弦理论先驱者之一的格林，获得了剑桥大学声望最高的卢卡斯数学教授席位。
卢卡斯数学教授职位于1664年设立，科学史上一些最伟大的人物都曾获得这一头衔，其中包括牛顿和狄拉克。
说明当代科学前沿的弦膜圈说已出现发展的势头。
现任我国《前沿科学》编委的美籍华人物理学家、美国杜邦中央研究院退休院士的沈致远先生说：“在美国超弦理论和圈量子引力论已成显学，占据一流大学物理系要津，几乎囊括了这方面的研究经费，年轻的粒子物理学家如不做弦论，求职非常困难，资深的也难成为终身教授”。
湖南科技出版社2008年4月出版了李泳先生翻译的斯莫林的《物理学的困惑》一书，在该书开头11页至15页有，即使斯莫林是站在反对弦论者的代表人物的立场上，他也不得不承认：“在美国，追求弦理论以外的基础物理学方法的理论家，几乎没有出路。
最近15年，美国的研究型大学为做量子引力而非弦理论的年轻人一共给了三个助理教授的职位，而且给了同一个研究小组”。
“因为弦理论的兴起，从事基础物理学研究的人们分裂为两个阵容。
许多科学家继续做弦论，每年大约有50个新博士从这个领域走出来”。
“在崇高的普林斯顿高等研究院享受有永久职位的每个粒子物理学家几乎都是弦理论家，唯一的例外是几十年前来这儿的一位。
在卡维里理论研究所也是如此。
自1981年麦克阿瑟学者计划开始以来，9个学者有8个成了弦理论家。
在顶尖的大学物理系（伯克利、加州理工、哈佛、麻省理工、普林斯顿和斯坦福）。
1981年后获博士学位的22个粒子物理学终身教授中，有20个享有弦理论或相关方法的声誉。
弦理论如今在学术机构里独领风骚，年轻的理论物理学家如果不走进这个领域，几乎就等于自断前程。
超弦理论及其在宇宙学中的应用随着人类科技的发展和进步，对于宇宙学的研究也越来越深入。
在这个伟大的领域中，超弦理论是当今最热门的研究课题之一。
那么，超弦理论究竟是什么？又用在宇宙学中的哪些方面呢？一、超弦理论超弦理论是物理学中的一种理论，属于粒子物理学分支下的一种理论。
简单地说，超弦理论是一种描述自然界普遍性力量的理论。
这个理论的研究对象是宇宙最基本的构成单元——超弦。
而超弦是由一些细小的个体构成的，它们一般被认为是在计划ck量子体系内部的一个最小的元素。
在超弦理论中，四个基本力（引力、电磁力、弱力和强力）都可以归于一种相对性的结构，即共同丰富的场式。
这个相对性最终能够融为一体。
而在宇宙学中的应用就是希望通过超弦理论的解释，能够了解宇宙的开端，从而拓展宇宙学研究中的诸多问题。
二、超弦理论在宇宙学中的应用人们一直以来就想要解决的宇宙学问题之一是宇宙的起源。
而超弦理论在研究宇宙学问题时的作用就是帮助人们理解和解决这种问题。
因为它的相关性质使超弦理论的结果更为准确、可信且可行。
例如，超弦理论可用于研究宇宙之初的空间和时间的心理过程。
由于超弦理论对结构和力的描述显得更为完备，因此能够协助人们更好地解答宇宙大爆炸的猜想。
同时，超弦理论的模型提供了一种可能性，即揭示宇宙中还存在着一些不毁灭的东西，比如诸如广义相对性的势能。
并且，超弦理论也有可能用于研究黑洞。
超弦理论在宇宙学方面的应用还包括了宇宙的暗物质和暗能量等问题。
它带来的是能够解释和解决无法通过其他方法解决的宇宙学问题的潜在可能。
超弦理论能够帮助我们弄清楚其中仍未解决的问题，例如宇宙规模对宇宙学各种组成及相互作用关系的影响等。
三、总结总而言之，超弦理论在宇宙学中是一种现代的理论。
它能够带来前所未有的启示，有助于拓展人们关于宇宙的知识。
尽管涉及到的数学量较大，但它更是启发思考的工具。
相信在未来的一段时间里，随着超弦理论愈加分明、愈加精准，人们将能够更好地深入研究宇宙的各个普遍性力量和秩序，并一步趋向更加精准和正确的研究。
物理中的超弦理论简介超弦理论（Superstring Theory）是现代物理学中一个极具挑战性和吸引力的理论框架，旨在统一描述四种基本相互作用：引力、电磁力、弱核力和强核力。
它试图通过一种全新的视角来理解我们所知的宇宙结构和基本粒子，推动粒子物理学和宇宙学的发展。
一、基本概念超弦理论的核心概念是“弦”。
与传统粒子物理认为粒子是点状的观点不同，超弦理论假设所有基本粒子都不是点状实体，而是一些一维的“弦”。
这些弦可以振动，不同的振动模式对应不同类型的粒子。
例如，一个振动模式可能对应电子，另一个可能对应夸克。
弦的振动特性决定了该粒子的质量和其他物理特性。
1.1 弦的维度在超弦理论中，除了我们所熟悉的三维空间和时间维度之外，还引入了额外的空间维度。
根据不同的超弦理论，空间维度总数最多可以增加到10维或11维。
这些额外维度通常被认为是细致卷缩的，故而在日常生活中无法观察到。
二、历史背景超弦理论的起源可以追溯到20世纪70年代。
当时，物理学家们试图解决强相互作用中的一些难题。
1970年，意大利物理学家Gabriele Veneziano提出了一个与量子色动力学（QCD）相符的数学模型，这个模型后来被解释为描述弦的运动，是超弦理论发展的起点。
2.1 早期发展在随后的几年中，许多研究者认识到，该模型可以扩展到其他粒子的描述，从而使得它成为一种普适性的理论。
1984年，科学家们通过更深入的研究发现，多种不同类型的超弦理论实际上是可以相互转化的，这一发现被称为“二重性”（duality）。
此后，超弦理论经历了不断的发展与完善。
三、超弦理论的类型超弦理论可以分为五种主要类型，它们分别是类型I、类型IIA、类型IIB、 heterotic-SO(32) 和heterotic E8×E8。
虽然它们在某些方面有所不同，但都可以看作是同一个更深层次理论的一部分。
3.1 类型I 和类型II 理论类型I理论是一种非相互作用型弦论，它包含开放弦和闭合弦，允许存在奇特的规范对称性。
宇宙黑暗面;超弦理论揭示的新境界
宇宙的黑暗面一直是人类探索的重要课题之一，而超弦理论的出现为我们揭示了宇宙更深层次的奥秘，开启了新的探索领域。
在宇宙中，大约95%的能量和物质被称为暗能量和暗物质，它们构成了宇宙的黑暗面，而这些暗物质和暗能量的性质至今仍然是科学界无法完全解释的谜团。
超弦理论是一种试图统一所有基本粒子和力的理论，它认为宇宙中的一切都是由细小的“超弦”组成的，并通过不同的振动模式来展现出不同的物质和力。
超弦理论提出了一种全新的观点，认为暗物质可能是一种由超弦构成的微小粒子所组成的，这些微小粒子之间的相互作用导致了我们所观测到的暗物质现象。
通过超弦理论，科学家们可以尝试解释暗物质和暗能量的性质，以及它们在宇宙中的作用机制。
这为我们更深入地理解宇宙的结构和演化提供了新的视角，帮助我们揭示宇宙黑暗面的神秘。
超弦理论的出现不仅揭示了宇宙黑暗面的新境界，还为我们提供了探索宇宙更深层次的工具和方法。
在未来的研究中，科学家们将继续努力深化对超弦理论的理解，探索暗物质和暗能量的本质，以期更全面地解释宇宙的起源和发展。
随着科技的不断进步和我们对宇宙的认知不断深化，相信我们定能揭开宇宙黑暗面的更多奥秘，探索出新的科学领域，为人类带来更多的启迪和惊喜。
超弦理论(Superstring)属于弦理论的一种，也指狭义的弦理论。
是一种引进了超对称(SuperSymmetry)的弦论(String Theory)，其中指物质的基石为十维空间中的弦。
一、近代物理学发展过程18、19世纪：牛顿运动定律麦克斯韦电磁学｜＼／｜｜＼／↓（融合）｜（光速冲突）波动理论—┬—粒子理论↓↓｜20世纪初期：经典力学狭义相对论↓（低速运动）（高速运动）波粒二象性＼／↓（引力冲突）（能量困境）↓↓20世纪中期：广义相对论量子力学（宏观世界）（微观世界）｜（水火不容）｜└----------------------------┘↓20世纪80年代：超弦理论↓（衍化）↓20世纪末21世纪初：M理论↓未来：？？？二、近代物理学简介1.光速冲突与狭义相对论牛顿运动定律认为，一个物体只要以光速运动就会发现光是静止的；而麦克斯韦电磁学认为，任何物体的运动都不可能达到或超过光速。
于是引发了爱因斯坦的狭义相对论，彻底改变了人们对时空的认识。
狭义相对论的几个核心思想：第一，空间和时间都是相对的——相对性原理；第二，光的速度永远是30万千米每秒——光速不变原理；第三，质量和能量可以转化——质能方程。
关于第一点，空间和时间是一个整体，空间能够影响时间，时间也能够影响空间。
例如：运动的物体长度会缩短，时间也会变慢。
另外，任何物体都可以认为自己是静止的，而其他参照物在动——也就是说，运动的观测者和静止的观测者都可以认为是对方的时间变慢，即没有“绝对”，只有“相对”。
关于第二点，传统运动定律认为，如果你沿着光的方向运动光与你的相对速度就会减小，而如果你朝向光运动光与你的相对速度就会增加并且超过光速。
而狭义相对论认为，无论你向哪个方向运动，光与你之间的速度都是30万千米每秒，永远不变。
关于第三点，爱因斯坦认为质量与能量可以相互转化，其间满足E=mc^2的关系。
一个物体运动越快，质量也越大，当接近光速的时候质量会接近无穷大，需要无穷大的能量推动，因此任何物体的运动速度都不可能比光快。
超弦理论现代物理学的终极理论现代物理学自20世纪初以来取得了划时代的进展，尤其是在相对论和量子力学的框架下，我们对宇宙的理解发生了深刻的变化。
然而，尽管在微观领域和宏观领域都取得了一系列惊人的成果，物理学家们依然面临着一系列未解之谜。
超弦理论作为一种试图统一自然界所有基本力量的理论，被认为是现代物理学走向终极理论的重要候选者。
超弦理论的基础概念超弦理论开始于上世纪70年代，它是通过将粒子视作一维“弦”的振动模式而发展起来的一种理论。
这与传统粒子物理学中认为基本粒子是零维点粒子的观点截然不同。
在超弦理论中，不同类型的粒子都是由弦的不同振动模式产生的。
一维弦的性质根据超弦理论，宇宙中的所有基本粒子都可以被视为弦的振动；这些弦不仅包括电子、夸克等粒子，还包括力的传递载体，如光子和胶子的存在。
弦的基本性质使它们可以在宇宙中的多维空间中振动，而其频率和振动模式决定了我们所观察到的各种粒子的特性。
从量子论到超弦理论在量子力学和广义相对论之间存在一定矛盾。
例如，当我们研究黑洞以及宇宙大爆炸时，现有物理定律在描述其行为时显得无能为力。
超弦理论试图通过数学上的一致性来解决这些问题，它不仅融合了量子力学和引力场，还引入了一些新的概念，如额外维度。
额外维度的引入在我们的日常生活中，我们只知道三维空间和时间这一维度。
然而，超弦理论预测宇宙中的实际维度远不止于此。
为了使这些数学模型得以协同运作，超弦理论通常需要额外的六维或七维空间。
这些额外的维度虽然在宏观世界中不可见，但它们对基础物理法则具有重要影响。
超弦理论与四种基本力量物质之间相互作用的方式可以简化为四种基本力量：引力、电磁力、弱核力和强核力。
传统粒子物理学通过标准模型来描述这些相互作用，但由于标准模型未能涵盖引力，因此人们不得不寻找更为普适的方法。
引力与量子场论在垂直于宇宙尺度的小尺度下，引力难以用标准模型描述，而超弦理论恰好提供了一种有效工具。
弦的振动可以具体化为引力波，从而实现将引力与其他三种基本力量结合。
超弦理论简介1早期萌芽1968 年, 意⼤利物理学家 Gabriele Veneziano (加布⾥埃莱·韦内齐亚诺, 1942-) 注意到, 若将欧拉 Beta 函数解释为散射振幅, 则它恰可描述介⼦强相互作⽤中的许多现象. 随后, 在 1969 到1970 年之间, Yoichiro Nambu (南部阳⼀郎, ⽇本, 1921-2015), Holger Bech Nielsen (丹麦, 1941-)与 Leonard Susskind (伦纳德·萨斯坎德, 美国, 1940-) 指出, Veneziano 的思想, 事实上就是把强相互作⽤⼒视为源于振动着的⼀维弦 (string). 不过,随着 1973 年描述强相互作⽤的更好的理论量⼦⾊动⼒学 (QCD: Quantum Chromodynamics) 的确⽴, “弦论” 作为⼀种描述强相互作⽤的理论的想法,就被抛弃了.1974 年, John Henry Schwarz (施⽡茨, 美国, 1941-), Joël Scherk (法国, 1946-1980), 以及Tamiaki Yoneya (⽶⾕民明, ⽇本, 1947-) 发现, 弦振动可以导致引⼒⼦ (graviton) 的出现. 由此⼈们意识到, 之前的 “弦论” 的威⼒可能被⼤⼤低估了. 此后, 玻⾊弦理论 (bosonic string theory) 逐渐发展了起来. –简单说来, 所谓弦论的基本思想就是: 物质世界的基元可以看成是⼀维的弦, 弦的不同振动模式, 就对应不同的基本粒⼦. –对于玻⾊弦理论,它有以下⼏个特征:1) 会有额外维 (extra dimension) 出现–在 1971 年的时候, Claud Lovelace(1934-2012) 就指出,玻⾊弦的时空维数是 26;2) 会有超光速的快⼦ (tachyon) 出现;3) 正如其名, 它只包含玻⾊⼦, 尚不能描述费⽶⼦.因此, 为了把费⽶⼦也包含进来, Pierre Ramond (法/美, 1943-), André Neveu (法国, 1946-), 以及 Schwarz 于 1971 年把超对称[1] (SUSY: supersymmetry) 的思想引进了弦论; 这样以后我们得到的理论, 称为超弦理论(superstring theory).2弦论的第⼀次⾰命1984 年, Michael Green (英国, 1946-) 与 Schwarz 发现, type I string theory 中的反常 (anomaly)可以通过 Green-Schwarz mechanism ⽽得到消除. 此时, ⼈们意识到弦论应该可以描述所有基本粒⼦以及粒⼦间的基本相互作⽤. 这就拉开了所谓第⼀次超弦⾰命的序幕. 1985 年, David Gross (美国, 1941-), Jeffrey Harvey (美国, 1955-), Emil Martinec (美国, 1958-) 以及Ryan Rohm (美国, 1957-) 提出了杂化弦理论 (heterotic string). 同年, Philip Candelas (英国, 1951-), Gary Horowitz (美国, 1955-), Andrew Strominger(美国, 1955-) 以及 Edward Witten (威腾, 1951-) 发现, 为了获得 N = 1 超对称, 6 个额外维 (超弦的临界维数为 10, 这件事已由 Schwarz 于 1972 年发现) 必须紧化 (compactified) 到卡拉⽐-丘流形 (Calabi-Yau manifold) 上[2] . 到 1985 年, ⼈们已发现 5 种超弦理论: type I, type IIA and IIB, 以及两种杂化弦理论, SO(32) and E8 × E8.图 1: M-理论以及五种超弦理论之间的相互关系3弦论的第⼆次⾰命1990 年代早期, Witten 等⼈发现, 有证据表明, 不同的超弦理论都是同⼀个 11 维理论–即现在⼈们所熟知的 M-理论[3]–的不同极限. 这促成了弦论在 1994 到 1995 年间开启的⼜⼀次⼤发展, 称为第⼆次超弦⾰命. 这⼀时期⼈们发现, 不同的超弦理论可以通过各种对偶 (duality) 联系起来:如S-duality, T-duality, U-duality, mirror symmetry, 以及 conifold (流形manifold 的⼀种推⼴) 变换等等. 1995 年, Joseph Polchinski (美国, 1954-2018) 发现, 弦论中必须有⼀种更⾼维的对象, 称为D-膜 (D-brane), 它们作为 Ramond-Ramond 场的激发源⽽存在. D-膜的提出使⼈们发现了弦论与数学的更深刻的联系; 代数⼏何, 范畴论, 扭结理论等近现代数学得以更紧密地参与到弦论中来. 1997 到1998 年之间, Juan Maldacena (阿根廷, 1968-) 提出了关于弦论与 N = 4 SYM 之间关系的⼀种猜想, 称为 AdS/CFT 对偶 (AdS/CFT correspondence; 也称为 Maldacena duality 或gauge/gravity duality). 作为全息原理 (holographic principle) 的⼀种实现, AdS/CFTcorrespondence影响深远, 为物理学中众多⼦领域内的问题 (如⿊洞信息悖论等) 提供了⼀种有⼒的研究⼿段. 同样在 1998 年, Nima Arkani-Hamed (伊朗裔, 1972-),Savas Dimopoulos 与 Gia Dvali 提出了⼤额外维 (large extra dimension; 其中 “⼤” 是相较于 Planck 尺度⽽⾔的) 的概念(⼜叫 ADD 模型). 此理论认为, 现实世界的规范理论被束缚在 D3-膜上, ⽽引⼒则未被其束缚, 可以泄漏到额外的维度 (称为 bulk) 之中. 这⼀理论为解释 hierarchy problem–即引⼒与其它三种⼒之间的差异何以如此之⼤的问题–带来了可能.图 2: ⼤额外维对 hierarchy problem 的解释图景.之前我们曾经提到过, 额外维的不同紧化⽅式, 将给出不同的宇宙. 现在我们来仔细叙述这件事.额外维不同紧化⽅式的 configuration 对应不同的能量; 因为这时我们考虑的四维时空是不含任何物质的, 故我们称之为真空能量 (vacuum energy). 额外维紧化的所有可能的伪真空 (false vacuum,估计有 10272,000 个) 的集合, 构成⼀个 string theory landscape[4]. 因为我们这个宇宙的⼀些基本常数是不随时间变化的, 所以我们相信各可能宇宙应落在这张 landscape 的各⼭⾕,即稳定真空 (stable vacuum) 处. 2003 年 3 ⽉,Michael R. Douglas (美国, 1961-) 关于 string theory landscape 的研究表明, 弦论具有⼤量 (∼ 10500) 的稳定真空. 这促进了弦论关于宇宙演化, 多重宇宙等课题的更深⼊的探究. 例如说, 时时刻刻发⽣着的从⼀个⼭⾕到另⼀个⼭⾕的量⼦跃变, 形成了不断产⽣ (⽽且可以嵌套产⽣) 的⽆数的泡泡(bubble); 我们所在的可观测宇宙, 即其中某⼀个泡泡中的某⼀个⼩区域; ⽽宇宙⼤爆炸, 即某次跃变的初始时刻. 从⽽, 这也就对诸如Fine-tuning 等问题给出了⼀种可能的解释.图 3: String theory landscape.4机遇与挑战众所周知, ⽬前为⽌, ⼈类的基础物理学⼤厦中有两座最⾼峰: 量⼦场论与⼴义相对论. 前者以杨振宁的规范原理为核⼼组件, 统⼀了⾃然界四种基本相互作⽤中的电磁, 强, 弱三种; ⽽后者则⽤⼏何化的语⾔描述了万有引⼒. 不过, 这两座巍峨⾼峰⽬前却⾯临着⼀些〸分严重的问题, 例如:1) 尽管可以为重整化 (renormalization) 所抵消, 但量⼦场论中的发散现象, 其根本原因或机制仍有待弄清;2) 我们完全有理由相信, 在某个极⾼能标上–例如在⼤爆炸奇点或⿊洞等极端场景中, 引⼒应该是量⼦化的–即我可以期待⼀个正确的关于量⼦引⼒的理论. 但在⽬前的知识层次上, 关于引⼒量⼦化的⼀些粗浅的构建, 连重整化都不能得到很好的解决, 就更遑论其正确性 (或预⾔⼒) 了.⽽超弦理论的出现, 由前⽂的叙述我们显然可知, 为解决前述问题提供了⼀个⾮常有前景的⽅案.不仅如此, 现在, 我们对弦论的最⾼期望, 是它能为基本粒⼦, 相互作⽤, 甚⾄是时空本⾝, 提供⼀个⽐现有理论更为基本的统⼀描述 (这样的理论称为万有理论, 即 TOE: Theory of Everything); ⽽相对论 (现有引⼒理论) 与量⼦场论等, 则作为此理论的低能近似出现. 从弦论的发展历程与研究现状两⽅⾯看, 我们弦论学家们相信, 这并不是⼀个不可触摸的奢望.[1]：联系玻⾊⼦与费⽶⼦的⼀种数学变换; 它宣称每种玻⾊⼦都有对应的费⽶⼦超伴(superpartner): 如引⼒⼦将有⼀个⾃旋为 3/2 的费⽶⼦超伴引⼒微⼦ (gravitino). 反之亦然. 超对称思想最早可追溯到库尔特·哥德尔 (Kurt Gödel; 奥地利/美国, 1906-1978); Y. A. Golfand 与 E. P. Likhtman 等⼈于 1971构造出构⼩超 Poincaré 代数; Julius Wess 与 Bruno Zumino 于 1974年构造出四维时空中最简单的场论; Dan Freedman, Sergio Ferrara 与 Peter van Nieuwenhuizen 于 1976 年构造出超引⼒ (SUGRA:supergravity) 理论.[2]: 额外维的紧化⽅式/拓扑, 决定了我们这个宇宙 (中的粒⼦/规律) 的样貌. 我们熟知的轻⼦或夸克皆有3 代等这些事, 皆可由弦论额外维的紧化得到释释. Calabi-Yau 流形的⼀个重要特征, 是它破坏了对称性;这恰好完美说明了量⼦场论中的⾃发对称破缺 (spontaneous symmetry breaking)这⼀现象. 参见稍后我们将提到的 string theory landscape.[3] M-理论的具体实现⽅法之⼀是矩阵⼒学, 故这时我们可称前者为 matrix theory. 在此理论之中,若我们把 n 空间维度紧化到⼀个 torus 上, 则我们就可得到⼀个对偶的矩阵理论, 后者即 n 1 维时空中的量⼦场论. M-理论的诸多重要概念之⼀是, 它认为时空不是先验 (a priori) 的, ⽽是从真空中emerge (涌现/层展) 出来的。
超弦理论的数学公式
超弦理论是一种应用于调查宇宙的现代物理理论。
它的研究主要集中于如何结合弦论、量子理论和相对论以及诸如引力、膨胀等宇宙现象，提出准确而完整的宇宙模型。
超弦理论涉及到复杂的数学公式，这些公式可以帮助我们解释宇宙中发生的现象。
首先，超弦理论的数学公式是基于双盲场方程（BSF）的。
BSF
方程是一个对宇宙的某些方面进行建模的方程，它可以描述宇宙的基本物理属性，如加速度、引力、膨胀等。
BSF方程可以分为两部分，一部分是包括了量子力学和相对论的双盲植被理论（DBI），另一部分是包含了弦论和曲线流形的超弦理论。
这两个部分共同构成了BSF方程。
其次，在超弦理论中，弦论和曲线流形提供了一组数学公式，它们可以用来描述宇宙中的引力、膨胀及其它现象。
这些公式可以有效地计算出宇宙的行星运行轨道和时空扭曲等物理现象。
例如，大爆炸模型和曲线流形模型可以用来描述宇宙的过渡期间和扩张期间的演
变情况。
此外，通过运用弦论的数学公式，也可以计算出宇宙中的引力、膨胀及其他现象。
最后，超弦理论中还有一些数学公式，可以用来研究宇宙中材料物质的变化。
例如，涡旋模型可以用来研究宇宙中形成星系和星云的方式，以及宇宙中物质的运动轨迹。
通过计算这些数学公式，可以更清楚地了解宇宙中发生的现象，从而有助于人们更准确地描述和预测宇宙现象。
综上所述，超弦理论的数学公式及其应用极其重要，它们可以帮助我们更好地了解宇宙中的现象，并且可以帮助我们更准确地描述和预测宇宙现象。
超弦理论的研究成果可以进一步帮助我们了解宇宙的本质，并为宇宙模型建立更准确的理论基础。
三、超弦理论简介2006年7月世界著名数学家、哈佛大学教授丘成桐院士，在南开大学陈省身数学研究所演讲前后曾说：弦理论研究已经到了“重大革命性突破的前夜”。
2008年获得诺贝尔物理学奖的南部阳一郎，就是一位著名的弦理论先驱者之一。
2009年10月英国剑桥大学著名科学家霍金告别卢卡斯数学教授职位后，也是著名的弦理论先驱者之一的格林，获得了剑桥大学声望最高的卢卡斯数学教授席位。
卢卡斯数学教授职位于1664年设立，科学史上一些最伟大的人物都曾获得这一头衔，其中包括牛顿和狄拉克。
说明当代科学前沿的弦膜圈说已出现发展的势头。
现任我国《前沿科学》编委的美籍华人物理学家、美国杜邦中央研究院退休院士的沈致远先生说：“在美国超弦理论和圈量子引力论已成显学，占据一流大学物理系要津，几乎囊括了这方面的研究经费，年轻的粒子物理学家如不做弦论，求职非常困难，资深的也难成为终身教授”。
湖南科技出版社2008年4月出版了李泳先生翻译的斯莫林的《物理学的困惑》一书，在该书开头11页至15页有，即使斯莫林是站在反对弦论者的代表人物的立场上，他也不得不承认：“在美国，追求弦理论以外的基础物理学方法的理论家，几乎没有出路。
最近15年，美国的研究型大学为做量子引力而非弦理论的年轻人一共给了三个助理教授的职位，而且给了同一个研究小组”。
“因为弦理论的兴起，从事基础物理学研究的人们分裂为两个阵容。
许多科学家继续做弦论，每年大约有50个新博士从这个领域走出来”。
“在崇高的普林斯顿高等研究院享受有永久职位的每个粒子物理学家几乎都是弦理论家，唯一的例外是几十年前来这儿的一位。
在卡维里理论研究所也是如此。
自1981年麦克阿瑟学者计划开始以来，9个学者有8个成了弦理论家。
在顶尖的大学物理系（伯克利、加州理工、哈佛、麻省理工、普林斯顿和斯坦福）。
1981年后获博士学位的22个粒子物理学终身教授中，有20个享有弦理论或相关方法的声誉。
弦理论如今在学术机构里独领风骚，年轻的理论物理学家如果不走进这个领域，几乎就等于自断前程。
”20年来统一场论的研究主要有四条道路。
第一条道路即所谓的“弦论”。
它是物理学家们的宠儿，沿着这一道路前进的理学家为数最多，远多于其他道路。
弦论诞生于意大利物理学家伽布利耶•威尼采亚诺（Gabriele Veneziano）在1968年写下的一个公式。
该理论认为量子理论不该被应用于点状对象，而应被应用于极微小的线条，即“弦”，这些弦的振动可以导出以相对论的种种公式并可以描绘日前所探测到的所有粒子。
第二条道路——“圈量子引力论”——则于1988年出现在意大利人卡尔洛•罗韦利（Carlo Rovelli）及美国人李•斯莫林（Lee Sm olin）的笔下。
其目标是重新诠释广义相对论将时空与万有引力联系在一起的方式，以便在不改变任何公式的前提下，使量子理论的公式能够得到直接的应用。
这可谓是对这一难题发起的正面进攻，它并没有引入任何新的概念。
在一些物理学家的心目中，它将成为弦论的有力竞争者。
1904年，庞加莱提出庞加莱猜想，奠定了当代前沿科学弦膜圈说的数学基础的形式体系。
即正猜想的收缩或扩散，涉及点、线、平面和球面；逆猜想的收缩或扩散，涉及圈线、管子和环面；外猜想的空心圆球内外表面及翻转，涉及正、反膜面、和点内、外时空。
这是传统科学的结束，革命科学的开始，因为以“乌托子球”为最高理想的原子论（量子论）模型解读遍历科学的波尔兹曼，在同一“战壕”里长期争论的苦闷中的自杀，给革命和科学的分化与合作都留下了悬念。
原因是，波尔兹曼的乌托子球量子论，被同一“战壕”里的一批知名的唯物论革命战友，误认为是没有实验基础的科学假说。
而就在波尔兹曼自杀后的第二年，爱因斯坦就帮助波尔兹曼找到了科学实验证据。
然而最冤的还有波尔兹曼的朋友庞加莱，因为在另一批知名的唯物论革命战友支持波尔兹曼的声讨中，庞加莱也被不加区别地当作了20世纪的“坏人”。
原因是庞加莱从拓扑几何学的同伦论、同调论、同胚论、同构论出发，认为唯物论革命的基础科学假说除同伦论、同调论、同胚论、同构论的“乌托子球”外，还应有不同伦论、不同调论、不同胚论、不同构论的“乌托子环”。
但科学和革命说到底已经都成为一种强大的社会集团，庞加莱好心帮助朋友波尔兹曼，却被这类强大的社会集团当作了反波尔兹曼。
庞加莱两头受气，使年轻的爱因斯坦增长了见识，也埋下了心计的阴影。
第三条道路——“非交换几何学”——出自法国数学家阿兰•孔内（Alain Connes）自上世纪80年代开始的研究工作。
其构想，就是重新从长久以来被人们忽略的对量子力学所进行的一种代数学诠释出发，将其演绎为一种新的时空几何。
这一极其抽象的结构能够自发地导出广义相对论和所知的粒子。
这种数学的视角，正在引起越来越多的物理学家们的重视。
最后，第四条道路——“标度相对论”——于1979年出自法国人洛朗•诺塔尔（Lauret Nottale）的灵感。
它认为时空的结构取决于我们对其进行测量的标度，试图证明广义相对论和量子力学都只是对某一根本理论的逼近，仅在某些标度下有效。
“标度相对论”已经部分达到了自己的目标，这使它颇具黑马的气质……除了上述四条道路以外，物理学家们还对其他众多道路进行了探索。
1918年的赫尔曼•外尔（HermannWeyl)以及之后的西奥多•卡鲁扎（Theodor Kaluza)及亚瑟•爱丁顿（Arthur Eddington)都为此作出过努力。
当然，爱因斯本人在其生命的最后40年中也提出过不少解决构想。
再到后来，还有一批杰出的理论家，比如罗杰•彭罗斯（R oger Penrose)、安德烈•萨哈罗夫（Andrel Sakharov)及斯蒂芬•霍金（Stephen Hawking)等也曾为此绞尽脑汁。
就在不久前，雷纳特•洛尔（Renate Loll)、扬•安卜强（Jan Ambjorn)和儒莱•儒齐耶维茨（Jurek Jurkiewicz)还提出了一项新理论。
把四种力场进行统一的理论目前最有影响是超弦理论。
这个理论认为存在一种极微小、运动于十维时空的抽象的弦, 它具波粒二像性, 弦不同的振动模式构成了不同的基本粒子，超弦理论现在又发展成为膜理论。
这是一种在数学上非常复杂而艰深的理论。
这个理论目前仍在探索之中。
高维时空的观点并不是超弦理论所特有的，早在 1919年， T. Kaluza 就把广义相对论推广到了五维时空，试图由此建立一个描述引力与电磁相互作用的统一框架； 1926 年， O. Klein 发展了 Kaluza 的理论，引进了紧致化 (Compactification) 的概念，由此建立了所谓的 Kaluza-Klein 理论。
Kaluza-Klein 理论与膜宇宙论的主要差别在于： Kaluza-Klein 理论中的物质分布在所有的维度上，而膜宇宙论中只有引力场、引力微子 (Gravitino) 场 (引力微子为引力子的超对称伙伴)、 Dilaton 场等少数与时空本身有密切关系的场分布在所有的维度上，由标准模型描述的普通物质只分布在膜上。
克罗斯提到的第三大困惑是：“是否存在额外维度？”他解释说，弦理论证明的成果之一是额外维度的思想，基于的也是额外维度的思想。
弦理论最早有26维，然后缩减到10维，但我们是生活在4 维宇宙中；解释那些看不见的额外维度的讨论很多，有些人还提出额外维度是可以检验到的，但他敢打赌，弦理论那些额外维度的观点不正确。
我们也赞成克罗斯的观点，但我们不是说弦理论那些额外维度的观点不正确，而是说可以不用超出5维，也能解释弦理论遇到的那些难题。
物理学上真正伟大的理论终究是少数，一个理论只要能给人以启迪，也就不枉了它被学术界所认识。
当代物理学正出现天体物理和粒子物理的新的合流；加速器物理和非加速器物理的合流，需要新的物理的实验，更需要新的物理观念。
二十世纪六十年代出现的超对称观念，初试锋芒之后已经渗透到了现代物理的许多领域中，这种渗透的延伸是一个试图统一自然界所有相互作用的超弦理论，它对时空维数的要求，变成了十维而不再是四维。
在这样的一幅时空图景中，我们直接观测所及的看似广袤无边的宇宙，不过是十维时空中的一个四维超曲面，就象薄薄的一层膜，我们人类就世世代代生活在这样一层膜上，我们的宇宙论也就变成了膜宇宙论。
那么，进入黑洞的物体的物质结构信息是不是永久地消失了呢？霍金认为，如果用超膜理论来理解黑洞，会发现各种信息储存在p-膜上，p-膜是一张通过三维空间以及我们未注意到的额外7维的运动的薄片，黑洞可被认为在时空的额外维中与p-膜相交。
在某些情形下，人们可以证明在p-膜上的波的数目和人们所预料的黑洞所包含的信息量相同。
如果粒子打在p-膜上，便会在膜上激起额外的波。
类似地，如果在p-膜上不同方向的波在某点相遇，它们会产生一个如此大的尖峰，使得p-膜的一小片破裂开去，而作为粒子离开。
这样，p-膜正如黑洞一样，能吸收和发射粒子。
p-膜模型和虚粒子对模型对发射率的预言完全一样。
高维时空的观点并不是超弦理论所特有的。
早在1919 年波兰人卡路扎(T.Kaluza)，就把广义相对论推广到了五维时空，试图由此建立一个描述引力与电磁相互作用的统一框架；1926 年瑞典人克林(O.Klein)发展了卡路扎的理论，引进了紧致化的概念，发现从高维空间约化到可观测的4维时空的机制，由此建立了所谓的Kaluza-Klein 理论，简称K--K理论。
即若11维超引力中的7维空间是紧致的，且其尺度为10的-33次方厘米，就会导出粒子物理标准模型所需的SU(3)×SU(2)×U(1)对称群。
但是，在时空从11维紧致化到4维时，却无法导出手征性来。
到了1984年，超引力丧失领头理论地位，超弦理论取而代之。
从1984年起，人们认定10维时空是最佳选择，10维时空的弦论替代了11维时空的超引力理论。
曾流行过五种弦论，其不同在于未破缺的超对称性荷的数目，以及所带有的规范群。
在10维时空中，最小的旋量具有16个实分量，有三种弦论的守恒超荷恰巧对应于这种情况，它们是类型Ⅰ、杂优弦HE和HO。
其余两种弦论含有2个旋量超荷，称为类型Ⅱ弦。
其中，类型ⅡA的旋量具有相对的手征性，类型ⅡB的旋量具有相同的手征性。
HE和HO二种杂优弦，分别带有E8×E8规范群和SO(32)规范群。
类型Ⅰ弦也具有SO(32)规范群，它是开弦，而其余的4种弦是闭弦。
重要的是，它们都是反常自由的，即弦论提供了一种与量子力学相容的引力理论。
在这些理论中，HE弦至少在原则上能解释所有已知粒子和力的性质，当然也包括手征性在内。
然而若将粒子看作弦，那为什么不将它们看作膜，抑或看作p维客体——胚(brane)呢？K--K理论与膜宇宙论的主要差别在于：K--K理论中的物质分布在所有的维度上，而膜宇宙论中只有引力场、引力微子场、Dilaton 场等少数与时空本身有密切关系的场分布在所有的维度上，由标准模型描述的普通物质只分布在膜上。
