弦理論是理論物理學(xué)上的一門(mén)學(xué)說(shuō)。弦理論用一段段“能量弦線(xiàn)”作最基本單位以模擬世界上所有物質(zhì)結構，大至星際銀河，小至電子、質(zhì)子及夸克一類(lèi)的基本粒子都由這一維的“能量線(xiàn)”所組成。中文文獻上，一般寫(xiě)作“弦”或“絃”。
較早時(shí)期所建立的粒子學(xué)說(shuō)則是認為所有物質(zhì)是由零維的點(diǎn)粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問(wèn)題，但是此理論所根據的粒子模型卻遇到一些無(wú)法解釋的問(wèn)題。比較起來(lái)，弦理論的基礎是波動(dòng)模型，因此能夠避開(kāi)前一種理論所遇到的問(wèn)題。更深的弦理論學(xué)說(shuō)不只是描述弦狀物體，還包含了點(diǎn)狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。值得注意的是，弦理論目前尚未能做出可以實(shí)驗驗證的準確預測，關(guān)于這一點(diǎn)，以下內文會(huì )說(shuō)明。
目錄 [隱藏]
1 發(fā)展歷史
2 弦理論
2.1 弦理論與超弦理論
2.2 弦理論與大一統理論
2.3 額外維
2.4 D-膜
3 物理或是哲學(xué)
4 問(wèn)題與爭論
5 相關(guān)主題
6 資料來(lái)源
7 參考出處
8 外部鏈接
[編輯] 發(fā)展歷史
弦理論的雛形是在1968年由Gabriele
Veneziano發(fā)現。他原本是要找能描述原子核內的強作用力的數學(xué)函數，然后在一本老舊的數學(xué)書(shū)里找到了有200年之久的Β函數（Euler Beta
Function），這函數能夠描述他所要求解的強作用力。不久后李奧納特·蘇士侃發(fā)現，這函數可理解為一小段類(lèi)似橡皮筋那樣可扭曲抖動(dòng)的有彈性的“線(xiàn)段”.這在日后則發(fā)展成“弦理論”。
雖然弦理論最開(kāi)始是要解出強作用力的作用模式，但是后來(lái)的研究則發(fā)現了所有的最基本粒子，包含正反夸克，正反電子，正反微中子等等，以及四種基本作用力“粒子”（強、弱作用力粒子，電磁力粒子，以及引力粒子），都是由一小段的不停抖動(dòng)的能量弦線(xiàn)所構成，而各種粒子彼此之間的差異只是這弦線(xiàn)抖動(dòng)的方式和形狀的不同而已。
[編輯] 弦理論
[編輯] 弦理論與超弦理論
另外，“弦理論”這一用詞所指的原本包含了26維的玻色弦理論，和加入了超對稱(chēng)性的超弦理論。在近日的物理界，“弦理論”
一般是專(zhuān)指“超弦理論”，而為了方便區分，較早的“玻色弦理論”則以全名稱(chēng)呼。1990年代，受弦對偶的啟發(fā)，愛(ài)德華·維頓猜想存在一11維的M理論，他和其他學(xué)者找到強力的證據，顯示五種不同版本的十維超弦理論與十一維超重力論其實(shí)應該是M理論的六個(gè)不同極限。這些發(fā)現帶動(dòng)了第二次超弦理論革新。
[編輯] 弦理論與大一統理論
弦理論會(huì )吸引這么多注意，大部分的原因是因為它很有可能會(huì )成為大一統理論。弦理論也可能是量子引力的解決方案之一。除了重力之外，它很自然的成功描述了各式作用力，包含了電磁力和其他自然界存在的各種作用力。超弦理論還包含了組成物質(zhì)的基本粒子之一的費米子。至于弦理論能不能成功的解釋基于目前物理界已知的所有作用力和物質(zhì)所組成的宇宙，這還是未知數。至今研究員仍未能找到一個(gè)弦論模型，其低能極限為標準模型。
[編輯] 額外維
[編輯] D-膜
D-膜 是開(kāi)弦能終結的地方。 D-膜是時(shí)空之一子流形，開(kāi)弦的終點(diǎn)在其上遵守 Dirichlet 邊界條件，故稱(chēng)“D膜”。
研究員稱(chēng)D膜的動(dòng)力學(xué)為“矩陣理論”（M理論)，是為“M”字之一來(lái)源。
[編輯] 物理或是哲學(xué)
在未獲實(shí)驗證實(shí)之前，弦理論是屬于哲學(xué)的范疇，不能完全算是物理學(xué)。無(wú)法獲得實(shí)驗證明的原因之一是目前尚沒(méi)有人對弦理論有足夠的了解而做出正確的預測，另一個(gè)則是目前的高速粒子加速器還不夠強大。
科學(xué)家們使用目前的和正在籌備中的新一代的高速粒子加速器試圖尋找超弦理論里主要的超對稱(chēng)性學(xué)說(shuō)所預測的超粒子。但是就算是超粒子真的找到了，這仍不能算是可以證實(shí)弦理論的強力證據，因為那也只是找到一個(gè)本來(lái)就存在于這個(gè)宇宙的粒子而已，不過(guò)這至少表示研究方向是正確的。
物理中未解決的問(wèn)題: 是否存在一個(gè)精確描述宇宙中萬(wàn)物的弦理論真空？它是否能以低能量數據一一地確定？
[編輯] 問(wèn)題與爭論
雖然歷史上弦理論是物理學(xué)的一個(gè)分支，仍有一些人主張弦理論目前不能被實(shí)驗的情況，意味著(zhù)它應該（嚴格地說(shuō)）被更多地分類(lèi)為一個(gè)數學(xué)框架而非科學(xué)。一個(gè)有效的科學(xué)理論，必須通過(guò)實(shí)驗與觀(guān)察，并被經(jīng)驗地證明。物理學(xué)家們主張要通過(guò)一些實(shí)驗途徑去證實(shí)弦理論。[1]
一些科學(xué)家希望借助歐洲核子研究委員會(huì )（CERN，Conseil European Pour Recherches
Nucleaires）的大型強子對撞機，獲得相應的實(shí)驗數據。盡管許多科學(xué)家相信，任何關(guān)于量子引力的理論都需要更高數量級的能量來(lái)直接探查。[2]此外，被普遍認同的弦理論擁有非常多等可能性的解決方案。[3]因此，一些科學(xué)家主張弦理論或許不是可證偽的，并且沒(méi)有預言的力量。[4][5][6][7]
由于任何弦理論所作出的，那些與其他理論都不同的預測都未經(jīng)實(shí)驗證實(shí)的，它的正確與否尚待驗證。為了看清微粒中弦的本性所需要的能量級，要比目前實(shí)驗可達到的高出許多。弦理論具有很多數學(xué)興趣的特性（features
of mathematical interest）并自然地包含了標準模型的大多數特性，比如非阿貝爾群與手性費米子（chiral
fermions）。因為弦理論在可預知的未來(lái)可能難以被實(shí)驗證明，一些科學(xué)家[8] 問(wèn)，弦理論甚至是否應該被叫做一個(gè)科學(xué)理論。它現在還不能在波普爾的意識（the
sense of Karl Popper）中被證偽。但這也暗示了弦理論更多地被看做建設模型的框架。在同樣的形式中，量子場(chǎng)論是一個(gè)框架。[9]
弦理論的思想為物理學(xué)帶來(lái)了一個(gè)建議上超越標準模型的巨大影響。例如，雖然超對稱(chēng)性是組成弦理論的重要一部分，但是那些與弦理論沒(méi)有明顯聯(lián)系的超對稱(chēng)模型，科學(xué)家們也有研究。因此，如果超對稱(chēng)性在大型強子對撞機中被偵測到，它不會(huì )被看做弦理論的一個(gè)直接證明。然而，如果超對稱(chēng)性未被偵測出，由于弦理論中存在只有以更加更加高的能量才能看出超對稱(chēng)性的真空，所以它的缺乏不會(huì )證明弦理論是錯誤的。相反，如果日食期間觀(guān)測到太陽(yáng)的引力未使光按預測的角度偏轉，那么愛(ài)因斯坦的廣義相對論將被證明是錯誤的。（廣義相對論當然已被證明是正確的。）
在更數學(xué)的層次上，另一個(gè)問(wèn)題是，如同很多量子場(chǎng)論，弦理論的很大一部分仍然是微擾地（perturbatively）用公式表達的（即為對連續的逼近，而非一個(gè)精確的解）。雖然非微擾技術(shù)有相當大的進(jìn)步——包括猜測時(shí)空中滿(mǎn)足某些漸進(jìn)性的完整定義——一個(gè)非微擾的、充分的理論定義仍然是缺乏的。
物理學(xué)中，弦理論有關(guān)應用的一個(gè)中心問(wèn)題是，弦理論最好的理解背景保存著(zhù)大部分從時(shí)不變的時(shí)空得出的的超對稱(chēng)性潛在理論：目前，弦理論無(wú)法處理好時(shí)間依賴(lài)與宇宙論背景的問(wèn)題。
前面提到的兩點(diǎn)涉及一個(gè)更深奧的問(wèn)題：在弦理論目前的構想中，它可能不是真正基礎的，因為弦理論對背景的依賴(lài)——它描述的是關(guān)于固定時(shí)空背景的微擾膨脹。一些人把獨立背景（background
independence）看做對于一個(gè)量子引力理論的基礎要求；自從廣義相對論已經(jīng)是背景獨立的以來(lái)，尤其如此。
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