作者zweisteine (圣人见微以知萌)
看板Physics
标题Re: [问题] 什麽是弦论?
时间Sat Sep 20 14:58:24 2008
※ 引述《KIWITSENG (奇异果)》之铭言：
: 在"最後理论"这本书里
: 其中有多次提到弦论。
: 但是我是在一概不知的情况下看到
: 於是。
: 我再学校抛出了请老师解释弦论给我听的问题。
: 结果老师全不都不会（应该说是老师的专长领域不再这，虽说是物理系）
: 所以想上来版上请问有哪位大大可以大致导出弦论的内容？
: 目前我所知道的是弦论是最有可能变成统一场论的理论
: 是结合量子力学和重力场的理论。
: 但是没有提出具体的实验证明
: 其中的缺点也在於没有一个＂独立背景＂
: 还要烦请板上的高手解答，
: 我是高中文组的学生，很想考理组科系啊。。。（但是已经三年级了糟糕）
: 以上。
一般的场论的基本物体是粒子，
也就是一个没有大小的物体。
在时空中的轨迹是一条一维的线(世界线、worldline)。
要用一个场论描述我们的世界，
必须有许多种不同的粒子，像是电子、夸克、光子、胶子、重力子等等。
因为光子、参与弱作用力的Z和W玻色子、胶子有些类似的性质，
所以一直有物理学家想要把他们统合起来。
其中电磁力和弱作用力的统合理论已经出现，
但是要进一步和强作用力统合的场论则还有待进一步的努力。
另外一直没有一个能被大家接受的描述重力子的量子场论，
理由是重力子是一个自旋为二的粒子，
这种粒子的量子效应在计算中会给出一堆无法处理的无限大。
弦论的基本物体则是一条一维的弦，而且就只有一种。
所以有长度，也可以振动。
同一种弦的不同振动模式有不同的能量，
当我们作实验时「以为」在振动的弦是粒子的时候，
就会把这个振动的能量解释成粒子的质量。
前面说只有一种弦是说所有的弦都只有张力这个参数，而且值全部一样，
但是弦的端点可以自己和自己接在一起形成闭弦(closed string)，
或着两个端点分开形成开弦(open string)。
物理学家发现，只要一个弦论包含闭弦，
这个闭弦质量为零的振动态中有一个自旋为二的粒子。
前面说过重力子是自旋为二且质量为零的粒子，
因此弦论以外的理论是要想尽办法把重力子加进来，
在弦论却是重力子一开始就在理论中，想丢也丢不掉。
当然质量为零，自旋为一的粒子也在弦论里面(光子、胶子等)，
这就是弦论是目前最有可能统合所有作用力的候选人的理由。
至於场论计算中那些无限大，因为弦也有无限种振动态，
相当於有无限种粒子。
神奇的是这无限种振动刚好可以消掉场论计算里面的无限大，
这可以说是巧合，也可以说是因为弦论有很特别的对称性所致。
但是弦论的对称性实在太大了，
几乎可以推导出任何的结果。
所以虽然几乎不可能用实验去推翻弦论
(不是能量不够的问题，当然能量不够也是个问题啦，
不然至少可以去观测弦论能量比较高的振动态，
但是连LHC的能量都远远低於激发这些振动态的最低能量。)，
但是这也导致弦论的预测能力不足。
例如广义相对论能预测光会转弯，观测一下发现真的会转弯所以被接受，
弦论目前没办法做出这类的预测。
文组的学生对物理有兴趣当然还是可以念理科啊，
也有些学生是大学还是考文组科系但是後来转系或是来物理系双主修的。
我自己大学时代也是跑去双主修文组科系呀XDD
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 218.166.62.188
1F：→ chungweitw:所以, 弦论算不算是伪科学? ( 不可证明为误 ) 09/20 16:08
2F：→ zweisteine:如果能量大到plank scale还是看不到spectrum, 09/20 16:14
3F：→ zweisteine:就可以证明弦论有问题了，所以还是可以被rule out的。 09/20 16:15
4F：→ zweisteine:在不考虑技术限制的情形下还是不能被证明错误， 09/20 16:16
5F：→ chungweitw:嗯. 感谢. 不过这困难度还真高XD 09/20 16:16
6F：→ zweisteine:符合这种情形时才非严格意义的Science。 09/20 16:17
7F：推 feynman511:你是说振动的能量=粒子的质量吗？那质量=0是什麽意思？ 09/20 20:31
8F：→ feynman511:是弦没振动吗？谢谢～～ 09/20 20:31
9F：推 Farady:质量为零对应的是弦的基态，有震动／ 09/20 20:40
10F：推 hilorrk:因为有零点能量吗XD 09/20 22:41
11F：→ mikechan:弦论目前比较是属於数学(我们系上基本粒子的老师说的) 09/20 23:25
12F：推 MicroB:每根弦的长度一样吗? 多长呀? 是一般定义的空间长度吗? 09/21 00:22
13F：→ zweisteine:因为弦的Casimir energy为负，所以第一激发态质量为零 09/21 00:28
14F：→ zweisteine:弦的长度由振动态决定，振动得越激烈长度拉得越长。 09/21 00:35
15F：→ zweisteine:另外开弦的两个端点如果接着两个平行的D-brane的话， 09/21 00:36
16F：→ zweisteine:会被D-brane拉开，最短长度就是D-brane的距离。 09/21 00:37
17F：→ zweisteine:这种情形等於能量多了一个张力*距离的平移， 09/21 00:38
18F：→ zweisteine:原本没质量的振动态就会变成有质量的。 09/21 00:38
19F：→ zweisteine:这是弦论里面解释Higgs mechanism最简单的模型。 09/21 00:39
20F：→ chungweitw:打错字了...是 D-brane 09/21 00:54
21F：→ zweisteine:谢谢XD 09/21 00:56
※ 编辑: zweisteine 来自: 218.166.62.44 (09/21 00:57)
22F：推 haryewkun:推 z大，真的是很强啊…… 09/21 02:50
23F：推 Dirac5566:跨咙某@@ 09/21 07:50
24F：推 leo80042:推~~~ 09/21 10:08
25F：推 dgiseven:阿~~~斯~~~勾以呐，Z大 09/21 14:32
26F：推 breedy:专业文 推~ 09/24 22:02
27F：推 breedy:认真文 再推~ 09/24 22:03
28F：推 lovefordidi: 推 11/07 11:03