超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅳ)

超弦/M理论,既然作为认识宇宙的“终极理论”,就应当能够解释宇宙学中的诸多问题,例如黑洞,因此,在超弦理论第二次革命以后,超弦/M理论的一个重要发展就是黑洞物理的研究。     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试

谈到超弦理论,中国科学院理论物理所从事这方面研究的李淼研究员^* 不仅曾为本刊写过“弦论小史( 一)( 二)( 三)”,还在网站上传过“弦论通俗演义”,就宣传弦论来说,实在没有必要再写点什么,但是,这一系列讲座,原定以“超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试”作为结束,因此,我们不得不参考李淼的相关文章、中国科学院大学物理学院丁亦兵教授多年前为本刊编译的“著名物理学家谈超弦”、中国科学院高能物理所常哲研究员为本刊撰写的“超弦与M 理论”,以及B. 格林著、李泳译的《宇宙的琴弦(The Elegant Universe)》来完成这最后的一讲。     

走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试Ⅲ

超弦理论的第二次革命发生在1994~1998年间,于1995年达到高潮,其持续时间比第一次革命要长,影响也更为深远。     

走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅱ)

正三、超弦理论的两次革命南部等人提出的弦模型,通过超对称和超引力的介入,施瓦兹和格林等创建了超弦理论,使包括引力在内的四种自然力的统一有了实现的可能,这一度激发了物理学家的热情,涌现出了数以千计的模型。那么,哪一个是真正主宰现实物理世界的"上帝"呢?或者说,谁能导出粒子物理标准模型并解释夸克和轻子为何分代而且只有三代,以及电子和其他粒子的质量为何是那样,等等,粒子物理标准模型无法回答的     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅲ)

正(4)第二次革命超弦理论的第二次革命发生在1994~1998年,于1995年达到高潮,其持续时间比第一次革命要长,影响也更为深远。1995年3月,在美国南加州大学弦论界每年举行的为期一周的研讨会上,威滕以《弦论在不同维度中的动力学》为题报告了有关弦论对偶的工作。在这个工作中,     

走向统一的自然力

所谓"自然力",就是主宰宇宙间物质运动的四种基本相互作用,即作用在一切物体(包括星体)之间的引力;作用在带电(磁)物体之间的电磁力;以及作用在微观粒子之间的强力和弱力。表1给出了这四种自然力的主要特性。     

走向统一的自然力强力、弱力和电磁力的大统一(Ⅵ)

标准模型,准确地讲,应是粒子物理标准模型。粒子物理是研究亚原子粒子的性质、结构及其在很高能量下相互转化的物理学分支学科。夸克模型的提出使人们认识到物质结构的基本组分是夸克和轻子,作用在它们之间的强力和弱电力可以分别用SU(3)规范场和SU(2)×U(1)规范场——相应的动力学分别是量子色动力学和弱电统一理论(或称量子味动力学)——来描述,分别通过胶子、中间玻色子(W^±和Z⁰)和光子来传递,于是SU(3)和SU(2)×U(1)规范场理论便构成了粒子物理标准模型。     

走向统一的自然力 超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅴ)

正4.自然力实现统一了吗?首先,让我们回顾一下"自然力走向统一"的认识历程。在自然力"走向"统一的过程中,对力的认识,经历了三次飞跃:第一次,从"定性"到"定量",即从墨翟的"力,形之所以奋也"到牛顿的"力与运动的改变成正比",也就是说,从对自然现象的观察、描述到实验、理论研究,其间,伽利略通过斜面实验来研究落体运动并第一次用数学公式来表述物体的运动规律,随后开普勒借助第谷的观测资料发现了行星绕日运动三定律,为牛顿发现力学三定律和万有引力     

走向统一的自然力电力与磁力的统一(Ⅲ)

19 世纪60 年代中期, 麦克斯韦在总结前人工作的基础上, 连续发表了3 篇论文:《论法拉第力线》、《论物理力线》和《电磁场的动力学理论》。一方面, 他在法拉第发现的电磁感应现象的基础上提出了“变化的磁场产生涡旋电场”;另一方面, 他创造性地引入“位移电流”代替安培环路定理中的稳恒“传导电流”来描述“变化的电场产生涡旋磁场”, 从而建立了完整的电磁场理论。1887 年, 赫兹通过一系列实验发现了麦克斯韦预言存在的电磁波, 并证实了光与电磁波的同一性, 为麦克斯韦电磁场理论提供了有力的实验验证。     

超弦理论——统一基本相互作用研究的最新进展

自然界存在的强、弱、电磁和引力相互作用看起来是完全不同的相互作用.如何去统一地描述它们,是科学家们数十年来不断探索的问题.近两年来,在以前研究的基础上,产生了所谓超弦(superstring)理论.初步结果表明,它可以避免以前理论中所存在的矛盾并具有最小的任意性.物理学家们相信,超弦理论有可能最终导致四种相互作用的统一. 1915年,爱因斯坦提出了新的引力理论——广义相对论.它将时间和空间统一为四维时空,而四维时空的几何性质决定了物体所受的引力作用.广义相对论第一次把物理的作用与时空的几何结构联系起来.这一观念对物理学后来的发…     

走向统一的自然力 强力、弱力和电磁力的大统一(Ⅰ)

<正>杨-密尔斯规范场、弱电统一理论和粒子物理夸克模型的发现,使人们认识到,不仅电磁力可用U(1)规范场来描述,而且弱电力和强力也可分别用U(1)SU(2)和SU(3)规范场来描述。于是,用U(1)SU(2)SU(3)规范场来统一描述强力、弱力和电磁力便成为粒子物理的标准模型。本讲第一部分通过引入量子概念、建立量子力学,进而介绍能够完     

走向统一的自然力爱因斯坦：试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅱ)

19 世纪末,以牛顿力学和麦克斯韦电磁理论为代表的经典物理学渐趋完善,著名英国物理学家汤姆孙(W. Thomson,1824～1907)甚至认为:“未来物理学将不得不在小数点后第六位去寻求真理。” 他在1900 年末为展望20世纪物理学而写的一篇文章中说:“在已经基本建成的科学大厦中,后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”     

Kerr黑洞的量子面积谱及微黑洞的最小质量

Kerr黑洞仅含有两个参量M和J.把M和J视为广义坐标,并将M,J和它们的共轭量构成四维相空 间，通过规范变换得到了Kerr黑洞的量子面积谱.由此给出了Schwarzschild黑洞的 最小质量. 关键词： 黑洞 量子面积谱 共轭 规范变换     

走向统一的自然力 强力、弱力和电磁力的大统一(Ⅳ)

<正>2.相位·杨-米尔斯场·弱电统一理论(1)相位在纪念中国科学院成立50周年所举行的学术报告会上,杨振宁教授作了题为《量子化、对称和相位因子——20世纪物理学的主旋律》的学术报告;2002年,在巴黎国际理论物理讨论会上,他又作了类似题目:Thematic Melodies of Twentieth Centure Theoretical Physics:Quantization,Symmetry and Phase Factor的报告,一再强调"量子化、对称和相位因子是20世纪物理学的主旋律"。量子化和对称在20世纪物理学     

走向统一的自然力 强力、弱力和电磁力的大统一(Ⅲ)

<正>(3)量子电动力学量子电动力学是在量子力学和相对论的基础上发展起来的描述电磁力的基本理论。如果说电动力学是描述电磁力的经典场论,那么量子电动力学就是描述电磁力的量子场论。场是连续分布的、具有无穷维自由度的系统;场论是关于场的性质、相互作用和运动     

走向统一的自然力——电力与磁力的统一(I)

电闪雷鸣,是人类早在远古时期就注意到的自然现象,因此,电磁相互作用,可以说是人类最先接触到的自然力.开始人们对电和磁是分开认识的,后来经过奥斯特发现“电动生磁”和法拉第发现“电磁感应”, 人们才将“电”和“磁”联系起来,最终导致麦克斯韦提出电磁理论,统一了“电力”和“磁力”.本讲座,将详细介绍“电力”和“磁力”走向统一的研究历程.     

对动态缓变Reissner-Nordström黑洞量子辐射特征的研究

考虑到Reissner-Nordstrom黑洞的质量M和荷电量Q随时间t缓慢变化的情况,研究了此黑洞的量子辐射特征.结果表明,在动态缓变Reissner-Nordstrom时空中荷电Dirac粒子的量子热辐射谱与其黑洞蒸发率及随时间t缓变的M(t)和Q(t)等因素有关;动态缓变Reissner-Nordstrom黑洞量子非热辐射的最大能量与量子热辐射谱中的化学势相等.     

黑洞和黑洞蒸发

黑洞是目前的观测尚未最后确认其存在,”但目前的理论确认其应该存在的一种特异天体。黑洞的最大特点就在于它的黑! 早在1795年,拉普拉斯就曾基于一种极简单的考虑,认为有可能存在这种特异天体。 考虑一个质量为M,半径为R的球形天体,自球面沿径向以初速v射出一质量为m的物体,它的脱离速度为可看出,脱离速度是一个与抛体的质量无关而仅决定于比值M/R的量,差M/R足够大,以致 只要承认光线也要受到重力的影响,光速是一切信号速度的上限,那应当一颗星的半径 gGM—-.r小于临界值’。”-W时,星光就要被重力拉回来,任何信号都到达不了远处观测者…     

对动态缓变Reissner-Nordstr(o)m黑洞量子辐射特征的研究

考虑到Reissner-Nordstrom黑洞的质量M和荷电量Q随时间t缓慢变化的情况,研究了此黑洞的量子辐射特征.结果表明,在动态缓变Reissner-Nordstrom时空中荷电Dirac粒子的量子热辐射谱与其黑洞蒸发率及随时间t缓变的M(t)和Q(t)等因素有关;动态缓变Reissner-Nordstrom黑洞量子非热辐射的最大能量与量子热辐射谱中的化学势相等.     

超弦理论:四种自然力走向统一的一种尝试(Ⅴ)

在自然力“走向”统一的过程中,对力的认识,经历了三次飞跃：第一次,从“定性”到“定量”,即从墨翟的“力,形之所以奋也”到牛顿的“力与运动的改变成正比”,也就是说,从对自然现象的观察、描述到实验、理论研究,其间,伽利略通过斜面实验来研究落体运动并第一次用数学公式来表述物体的运动规律,随后开普勒借助第谷的观测资料发现了行星绕日运动三定律,为牛顿发现力学三定律和万有引力定律、创建经典力学,奠定了实验和理论基础。