四種力的相對強度以及作用範圍都有著巨大的區別。從相對強度上來說,假定以電磁力的強度為一個單位強度,則強力要比這個單位大出100倍,弱力隻有1\/1000,引力小到幾乎是可以忽略不計的:在微觀世界中,它隻有電磁力的10^40分之一!從作用範圍上來說,引力的作用範圍是宇宙範圍的;電磁力的作用範圍在理論上可以達到無限遠,但實際上,大多數物體正負電荷相互抵消,其外部都呈電中性;而強力和弱力的作用範圍則極小,隻能在粒子範圍內發生作用。
這四種強弱懸殊、性質各異的基本力,完全控製了我們的宇宙。
弦本身很簡單,隻是一根極微小的線,弦可以閉合成圈(閉弦),也可以打開像頭發(開弦)。一根弦還能分解成更細小的弦,也能與別的弦碰撞構成更長的弦。例如,一根開弦可以分裂成兩根小的開弦;也可以形成一根開弦和一根閉弦;一根閉弦可以分裂成兩個小的閉弦;兩根弦碰撞可以產生兩個新的弦。
超弦理論屬於弦理論的一種,也指狹義的弦理論,是物理學家追求統一理論的最自然的結果。這裡的“超”有超對稱性的意思。為了將玻色子(bosons)和費米子(fermions)統一,科學家預言了這種粒子,由於實驗條件的限製,人們很難找到這種能夠證明弦理論的粒子。超弦理論作為最為艱深的理論之一,吸引著很多理論研究者對它進行研究,如果真是理論預言的那樣,我們將有可能建立一種大統一理論,來描述我們的宇宙。
弦論最初在1960年代末被用於解釋強相互作用,1974年朱爾·謝克等人提出基本粒子不是點而是一維弦,這被視為弦論的起源。超對稱概念首次於1971年出現在弦論的文章裡。
1984年秋,邁克爾·格林等人發現了九維空間的超對稱理論可以設法解決量子力學的某些不連貫性問題,並展現了統一所有相互作用的潛力。在1984年至1985年期間,研究者們確認了五種不同的超弦理論。
到1990年代初,理論物理界形成了五種10維超弦理論與一種11維超引力理論並存的格局。
1995年,愛德華·威騰提出M理論,試圖統一上述六種理論。D膜理論的發展引出了全息原理(AdS\/CFT對偶)。
理論後續發展包括對“弦論景觀”和多元宇宙的探討。超弦理論研究中出現的新觀念和方法已經在數學和物理的其他領域產生了深遠的影響。
超弦理論的基本對象是一維的“弦”,分為開弦和閉弦,而非傳統點粒子;弦的不同振動模式對應不同的基本粒子。
該理論的自洽性要求時空為10維(9維空間+1維時間);額外的6維空間高度卷曲(緊致化),尺度極小,因此日常無法觀測。
理論名稱中的“超”指其包含超對稱性,為每個費米子預言一個玻色子超對稱夥伴(超伴子),反之亦然。
該理論旨在統一所有基本相互作用(引力、電磁力、強力、弱力),特別是為量子引力提供了可能描述;弦的延展性結構避免了點粒子量子場論中的無窮大(發散)問題。
存在五種自洽的超弦理論(I型、IIA型、IIB型、雜化SO(32)、雜化E8×E8);研究表明,存在一個更基本的理論框架,稱為M理論,五種超弦理論和十一維超引力理論被認為是M理論在不同極限下的不同表現形式或相互關聯的部分,M理論還可能引入不同維度的“膜”作為基本客體。
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