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超弦理论革新:首次突破!

时间:2023-10-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:1968年维尼齐亚诺开始提出弦理论;1974年,约翰·施瓦兹提出超弦理论,此后十年间,研究超弦的科学家寥寥无几,几乎是施瓦兹一人在孤身奋战。超弦理论中的10维时空和超对称曾经被认为是“不合常理”“好看而没有用”的数学游戏,而今却成为消除无穷大、消除反常的必要条件。例如Schwarz.J.H.edSuperstring The First Fifteen Years of Superstring Theory:in 2 Volumes.汉语的意思是:《超弦:超弦理论的第一个十五年》第二卷。

超弦理论革新:首次突破!

爱因斯坦1915年发表了广义相对论,他在晚年一直在思考一个问题:如何建立电磁场与引力场的统一理论。1925年之后的30年中,除了探索量子力学的完备性、引力波、广义相对论运动方程之外,几乎以全部精力探索统一场。1937年,他从引力场方程推导出运动方程,进一步揭示了时间、空间、物质和运动之间的统一性,取得重要成果。但是他在创建统一场理论方面始终一筹莫展,直到1955年逝世。

据说,中国物理学家束星北先生也为统一场理论的创立付出了辛勤的汗水。

在第一次世界大战和第二次世界大战之间,部分物理学家数学家致力于引力和电磁理论的统一,以期在经典物理框架内建立一个自洽的统一场论,例如外尔的规范场论、卡鲁扎的第五维理论、兰斯洛特·劳·怀特的唯一场理论和爱丁顿的仿射几何。这些理论极大地促进了数学、物理的发展,但是建立统一场论的目标仍然遥不可及;因为自然界的强力和弱力尚未发现,建立统一场论的时机尚不成熟。

20世纪30年代之后,物理学家的精力集中在量子引力理论上,一波三折,困难重重;所以尽管强力和弱力相继发现,大多数人都放弃了建立统一场论的构想,或者认为根本不存在统一万物的场理论。1968年之前,没有弦理论,更没有超弦理论,只有量子场论。(www.xing528.com)

1968年维尼齐亚诺开始提出弦理论;1974年,约翰·施瓦兹提出超弦理论,此后十年间,研究超弦的科学家寥寥无几,几乎是施瓦兹一人在孤身奋战。真是“万马齐喑”!1984年迈克尔·格林和约翰·施瓦兹在国际核心期刊《Phys.Lett.》136B 发表论文,译成汉语,题目是“超弦理论的协变描述”,没有引起什么反响;他们毫不气馁,继续奋战,在《Nucl.Phys.》B243 发表论文,译成汉语是《超弦理论协变公式的性质》,仍然没有什么反响。科学探索不是上山打狼,人数越多越好;也不是选举,以选票多少论成败。在科学研究的道路上,没有懦夫,只有勇士;只有那些看清方向而不怕孤独、不怕挫折、勇往直前的人才有希望攀登新的科学殿堂。施瓦兹和格林愈挫愈勇,终于撰写出一片足以改变学术界大气候的论文《10维超对称规范理论中的异常消除和超弦理论》,英文题目是 Anomaly cancellations in supersymmetric D=10 gauge theory and superstring theory,发表在《Phys.Lett.》149B,117 上。这是荷兰于1967年开始出版的国际性物理学权威刊物,影响因子4.569,一般发表具有重大学术价值的物理学论文。这一次火了,犹如身着军大衣的朱之文首次唱响“滚滚长江东逝水,浪花淘尽英雄”,全场观众都陶醉了一样,全世界的理论物理学家都陶醉在超弦理论之中。这篇里程碑式的文章证明了超弦理论模型具有迄今为止最广泛的对称性,能够消除超弦理论中出现的各种发散。超弦理论中的10维时空和超对称曾经被认为是“不合常理”“好看而没有用”的数学游戏,而今却成为消除无穷大、消除反常的必要条件。《超弦理论》的著者之一迈克尔·格林说:“当你遇到超弦理论,发现几百年来物理学的所有重大进展都可以从几个非常简单的假设推导出来,而且是那么美妙,那么优雅,你一定会为这个理论而着迷!”此后,他们陆续发表了大量关于超弦、超引力、超对称的论著和论文。例如 Schwarz.J.H.ed(1985)Superstring The First Fifteen Years of Superstring Theory:in 2 Volumes.汉语的意思是:《超弦:超弦理论的第一个十五年》第二卷。至1986年,超弦研究队伍空前壮大,原来从事量子场论的学者纷纷转向超弦。诺贝尔物理学奖获得者、著名物理学家温伯格也迎接了超弦理论的召唤,加入弦理论研究的队伍。研究队伍迅速壮大,从几个人扩展到数百人,包括以约翰·施瓦兹和迈克尔·格林为首的理论物理学家Alvarez o、Atick J J、Bershadsky M A、Olive D、Nielsen H B、Brink L、Brower R C、Nelson P、Curtright T L、Petersen J L、Fradkin E S、Friedan D 、Goddard P、Gross D J、Witten E 等;研究成果层出不穷。三年之内,据不完全统计,发表在国际核心期刊上的研究论文高达1000 多篇,出现了五种不同版本、不同内容的超弦理论。施瓦兹再也不孤独了。科学史上的这一重大历史过程在李淼先生的科普著作《超弦史话》中曾有记述,见图4.1。

图4.1 李淼先生的关于超弦的科普著作

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