弦理论定义

1. 弦理论定义

简介


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。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。（引自《环球科学》2007年第三期《宇宙是堆三角形？》）

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。


发展历史


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”。

虽然弦理论最开始是要解出强作用力的作用模式，但是后来的研究则发现了所有的最基本粒子，包含正反夸克，正反电子，正反中微子等等，以及四种基本作用力“粒子”（强、弱作用力粒子，电磁力粒子，以及重力粒子），都是由一小段的不停抖动的能量弦线所构成，而各种粒子彼此之间的差异只是这弦线抖动的方式和形状的不同而已。


弦理论与超弦理论


另外，“弦理论”这一用词所指的原本包含了26度空间的玻色弦理论，和加入了超对称性的超弦理论。在近日的物理界，“弦理论” 一般是专指“超弦理论”，而为了方便区分，较早的“玻色弦理论”则以全名称呼。1990年代，爱德华·维顿提出了一个具有11 度空间的M理论，他和其他学者找到强力的证据，证明了当时许多不同版本的超弦理论其实是M理论的不同极限设定条件下的结果。这些发现带动了第二次超弦理论革新


弦理论与大一统理论


弦理论会吸引这么多注意，大部分的原因是因为它很有可能会成为大一统理论。弦理论也可能是量子重力的解决方案之一。除了重力之外，它很自然的成功描述了各式作用力，包含了电磁力和其他自然界存在的各种作用力。超弦理论还包含了组成物质的基本粒子之一的费米子。至于弦理论能不能成功的解释基于目前物理界已知的所有作用力和物质所组成的宇宙，这还是未知数。


物理或是哲学


在未获实验证实之前，弦理论是属于哲学的范畴，不能完全算是物理学。无法获得实验证明的原因之一是目前尚没有人对弦理论有足够的了解而做出正确的预测，另一个则是目前的高速粒子加速器还不够强大。

科学家们使用目前的和正在筹备中的新一代的高速粒子加速器试图寻找超弦理论里主要的超对称性学说所预测的超粒子。但是就算是超粒子真的找到了，这仍不能算是可以证实弦理论的强力证据，因为那也只是找到一个本来就存在于这个宇宙的粒子而已，不过这至少表示研究方向是正确的。 

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。”

2. 弦理论的基本原理

最好百度一下。
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

3. 弦理论的什么是弦理论

4. 弦理论是什么呢？

5. 弦理论是什么？

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

6. 什么是弦理论

7. 什么是弦理论？

弦理论试图将20世纪物理学的两大支柱——量子力学和爱因斯坦的相对论——与一个能够解释所有物理现实的总体框架结合起来。它试图通过假设粒子实际上是一维的，类似于弦的实体来实现这一点，这些实体的振动决定了粒子的特性，例如它们的质量和电荷。
据牛津大学和英国皇家学会共同创建的一个关于弦理论的网站称，这个违反直觉的想法最早出现在上世纪六七十年代，当时弦被用来模拟欧洲亚原子对撞机的数据。弦提供了一种优雅的数学方法来描述强大的力，宇宙中维系原子核的四种基本力之一。
这个话题多年来一直处于边缘，直到1984年的“弦理论革命”，理论学家迈克尔·格林和约翰·施瓦茨提出了一些方程式，展示了弦是如何避免某些不一致性的，这些不一致性困扰着将粒子描述为点状物体的模型。

但是第一次开花给研究人员留下了五种不同的理论来解释一维弦如何在10维的现实中振荡。第二次革命发生在1995年，当时物理学家们证明了这些不同的想法都是相关的，并且可以与另一种叫做超重力的理论相结合，这种理论在11维空间中工作。这种方法产生了目前的弦理论。
解开谜题
弦理论是提出的产生万物理论的方法之一，一个描述所有已知粒子和力的模型，它将取代物理学的标准模型，后者可以解释除重力之外的一切。许多科学家相信弦理论是因为它的数学之美。弦理论的方程被描述为优雅的，它对物理世界的描述被认为是非常令人满意的。
该理论通过一根特定的振动弦来解释重力，该弦的性质与假想引力子的性质相对应，后者是一种携带重力的量子力学粒子。奇怪的是，这个理论需要11个维度才能运作——而不是我们通常所经历的4维空间，但这并没有阻止支持它的物理学家。他们简单地描述了额外的维度是如何蜷缩在一个非常小的空间里的，大约是10^-33厘米，根据NASA的说法，这个小到我们通常无法探测到。

研究人员利用弦理论试图回答有关宇宙的基本问题，比如黑洞内部发生了什么，或者模拟大爆炸等宇宙过程。一些科学家甚至试图利用弦理论来控制暗能量，暗能量是一种加速空间和时间膨胀的神秘力量。
一个永无止境的追求
但弦理论最近受到了更严格的审视。它的大部分预测都无法用当前的技术进行检验，许多研究人员都想知道，它们是否会掉进一个永无止境的兔子洞。2011年，物理学家们聚集在美国自然历史博物馆，参加第11届年度艾萨克·阿西莫夫纪念辩论赛，讨论将弦理论作为对现实的可行描述是否有意义。
博物馆海登天文馆馆长尼尔·德格拉斯·泰森开玩笑说:“你是在追鬼呢，还是你的藏品太蠢了，弄不明白?”

弦理论最近面临的挑战来自于这个框架本身，它预测可能存在大量的独特宇宙，多达10^500(即1后面跟着500个0)。这种多元宇宙景观似乎提供了足够的可能性，如果研究人员对它们进行探索，他们将会遇到一个与我们自己版本的现实相符的宇宙。一篇颇具影响力的论文提出，在这些无数假设的宇宙中，没有一个看起来像我们的宇宙;具体来说，它们都缺乏我们目前所理解的暗能量的描述。
“弦理论学家提出了似乎无穷无尽的数学构造，它们与观测没有已知的关系，”德国法兰克福高等研究所的物理学家萨比娜·霍森菲尔德此前在接受采访时表示。霍森菲尔德一直对弦理论持批评态度。

8. 什么是弦理论？

弦理论
百科名片
   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。