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霍金—“宇宙弦”理论简介之二

      最近的研究有一些是数学工具的探讨比如:《李超代数su(m|n)的Z<,4>阶化及Green-Schwarz超弦的κ-对称性分析》吴晟
      随着AdS5×S5背景下的Green-Schwarz IIB超弦理论和AdS/CFT寸应的提出,弯曲背景即.AdS空间的超弦理论更是受到了广泛的关注。k-对称性是Green-Schwarz IIB型超弦作用量所具有的一种局域对称性:作用量在局域的k-变换下不变,使系统的玻色自由度等于费米自由度,从而满足超对称的要求。 这篇硕士论文主要有三项工作: 第一,在当前研究AdS5×S5背景下的Green-Schwarz IIB超弦的文献中,对于这种超弦的作用量有两种表述方法,一种是利用超代数psu(2,2/4)的左不变流给出的Caftan1-形式构造的作用量,一种是利用超代数psu(2,2/4)的流的z4阶化分量形式构造的作用量,我们利用超代数psu(2,2/4)的表示明确给出了这两种作用量的等价关系。 第二,目前已知的几种AdS超弦有:AdS5×S5弦,超陪集的李超代数是psu(2,2/4);AdS3×S3弦,超陪集的李超代数是psu(1,1/2)2;AdS2×S2弦,超陪集的李超代数是psu(1,1/2)。我们将现有的AdS超弦推广到更一般的情形一其超陪集的李超代数是su(m/n),并给出李超代数su(m/n)的Z4阶化方法。 第三,对于推广的AdS超弦,我们用一种新方法,从它的李超代数su(m/n)的矩阵入手,通过研究超代数su(m/n)矩阵的自由度,详细的分析了它的k-对称性,所得出的结论能够包含已知的几种AdS超弦,从而证明了这种方法的正确性,并能给出一种新的具有k-对称性的AdS超弦:AdS2×S1。k-对称性的主要作用是固定多余的费米自由度,从而使费米自由度等于玻色自由度,我们利用这种新方法所得出的结论可以给出一些不含有k-对称性的,但费米自由度等于玻色自由度的AdS超弦,对
这些模型的进一步研究,是一种有益的探索和尝试。
      宇宙弦理论或能在实验室得以验证科技部门户网站?
www.most.gov.cn2010年09月06日  来源:科技日报
      自弦理论提出25年来,虽已成为“终极理论”中最热门的候选,但一直无法得到验证。据美国物理学家组织网9月1日报道,英国伦敦帝国学院的一个科研小组提出了一种数学模型,用弦理论来预测“量子纠缠”系统中量子位的行为,然后通过在实验室检验量子位,以此来验证弦理论学说是否正确。研究论文发表在9月2日的《物理评论快报》上。
  弦理论是一种对宇宙万物的数学描述,扩展开来就是“终极理论”。科学家一直在寻找一种能解释广义相对论和量子力学的统一理论。早期是从非常大的宇宙尺度来描述,到了后期则从极端微小的粒子物理尺度来描述。全能理论在描述数十亿个不同星系和每个事物时,都要能互相圆融。研究人员至今还未能验证弦理论,也没人提出弦理论可以在实验室检验的预测。
  论文主要作者、英国皇家学会会员、伦敦帝国学院理论物理系迈克·杜夫说,把黑洞和量子纠缠这两种宇宙中最奇怪的现象结合在一起,为在实验室里验证弦理论提供了可能。根据他曾经看到过的一个描述量子纠缠的数学公式,结合自己构建的一个描述黑洞的弦理论数学模型,就能用弦理论来预测纠缠量子的行为。
  在精确地可控条件下,两个量子位具有相互纠缠作用,比如两个光子。如果测量其中一个的状态,会立刻影响到另外一个的状态,爱因斯坦称之为“幽灵般的超距离作用”。这种纠缠可能不仅存在于两个量子位之间,但要计算出粒子之间是如何相互纠缠的,会随着牵连的粒子数量的增加而变得更加复杂。
  杜夫教授说,用数学方法描述3个量子位之间的纠缠方式,和用弦理论来描述一类特殊黑洞相似。当4个量子位互相纠缠的时候,可以使用描述黑洞的弦理论数学来预测量子纠缠方式。此前尚无对这一问题的答案。尽管还有一些技术困难,4个纠缠量子位之间的作用方式能在实验室里被检测到。
  把弦理论用于预测量子纠缠这种完全不可预测的东西,这就意味着研究人员终于能根据实验室检验结果来验证弦理论的预测。
  “如果验证了对量子纠缠的理论预测是正确的,将揭示出弦理论的作用机制。”杜夫说,虽然在技术上,它的应用前景无法预料,或者能用在与物理无关的领域,但这不仅是为了检验弦理论是科学家一直寻找的“终极理论”,它所揭示的弦理论作用机制,或许会告诉我们,世上各种离奇的巧合之间,都存在某种深奥隐蔽的联系。
      优雅的宇宙——弦理论
      弦理论(string theory),即弦论,是理论物理学上的一门学说。弦论的一个基本观点就是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的粒子。这些看起来像粒子的东西实际上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.
     弦理论是一门理论物理学上的学说。理论里的物理模型认为组成所有物质的最基本单位是一小段“能量弦线”,大至星际银河,小至电子,质子,夸克一类的基本粒子都是由这占有二度空间的“能量线”所组成。中文的翻译上,一般是译作“弦”。
      较早时期所建立的粒子学说则是认为所有物质是由只占一度空间的“点”状粒子所组成,也是目前广为接受的物理模型,也很成功的解释和预测相当多的物理现象和问题,但是此理论所根据的“粒子模型”却遇到一些无法解释的问题。比如,在靠近粒子的地方的引力会增加至无限大。比较起来,“弦理论”的基础是“波动模型”,因此能够避开前一种理论所遇到的问题。更深的弦理论学说不只是描述“弦”状物体,还包含了点状、薄膜状物体,更高维度的空间,甚至平行宇宙。值得注意的是,弦理论目前尚未能做出可以实验验证的准确预测,关于这一点,以下内文会说明。
  弦理论的雏形是在1968年由Gabriele Veneziano发现。他原本是要找能描述原子核内的强作用力的数学公式,然后在一本老旧的数学书里找到了有200年之久的尤拉公式(Euler’s Function),这公式能够成功的描述他所要求解的强作用力。
      然而进一步将这公式理解为一小段类似橡皮筋那样可扭曲抖动的有弹性的“线段”却是在不久后由李奥纳特·苏士侃所发现,这在日后则发展出“弦理论”。
      最新一期的《环球科学》(2007.9)第10页题目为《我们身处十维空间?》中提到美国的费米国家加速器实验室在观察MiniBooNE探测器发射μ中微子束,看看到底有多少粒子在飞行途中转变成了电子中微子。2007年4月,研究人员公布了首批结果,基本上与粒子物理标准模型吻合。不过数据中也存在一个无法解释的异常现象。科学家推测导致这一现象的原因在于世界上还存在另一种中微子,它能穿越弦理论所预言的额外维度,走出一条捷径。这种粒子就是比其他三种中微子更诡异,它不像其他中微子那样受到微核力的作用,只能通过引力与其他物质发生相互作用。他就是于20世纪90年代找到的惰性中微子(假定存在)。
  弦理论确信至少需要十个维度才能建立一个理论框架,让引力与量子力学互相兼容。弦理论科学家假定,宇宙中所有粒子都被局限在一个四维的膜宇宙(brane)中,而膜宇宙又漂浮在一个更高维度的体宇宙(bulk)里。不过几种特殊的粒子可以从膜宇宙中穿入穿出,其中最出众的就是引力子和惰性中微子。
  而在这次实验中发生的情况十分符合弦理论模型。从而可以证明弦理论所预言的十维空间的正确性,也就肯定了弦理论。不过也有科学家谨慎地指出,这种相似性也许是一种离奇的巧合。MiniBooNE的研究人员正在重新审视他们的结果,以确定背景效应或分析失误会不会影响他们对电子中微子的计数。与此同时,帕斯(弦理论科学家)和他的同事也在进一步修正他们的理论。帕斯承认:“我们的理论粗看上去有一点投机取巧。不过我认为,仔细讨论一种可能的解释,看看它是否被证实,这也是绝对必要的。”
  

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