超弦理论二次革命：超炫漫话中的重大发现

我们知道，二氧化碳在常温下呈现为气体，而在低温下为固体，叫作“干冰”。干冰具有用途广泛的清洗作用。水有“三态”：固体、液体和气体。水的这三种状态是在不同温度下的存在形式。超弦有五态，即五种不同的存在形式。超弦的“五态”是爱德华·威腾的重大发现，这一发现导致超弦理论的二次革命。

先回顾一下超弦理论第二次革命之前的状态。百花争艳，五种超弦理论精彩纷呈。

Ⅰ型超弦理论，满足SO（32）规范群对称性；可以是开弦，也可以是闭弦；开弦对应于介子，闭弦对应于胶子。按照超弦结构划分，可以分为纵向闭弦和横向开弦衰变之后的粒子为引力子、中性Higgs玻色子、磁力型中性胶子、引力型中性胶子。

Ⅱ型超弦理论分为ⅡA 型和ⅡB 型两种。ⅡA 型超弦是左旋闭弦，衰变成的粒子为反磁单极子、反电Higgs 玻色子、反上夸克、下夸克、反中微子、磁力型中性胶子。

ⅡB 型超弦是右旋闭弦，衰变成的粒子为正磁单极子、正电Higgs玻色子、上夸克、反下夸克、中微子、磁力型中性胶子。

杂化弦超弦理论两种，一种是规范群为Apin（32）/Z2的超弦理论，另一种是规范群为E8XE8的超弦理论。

爱德华·威腾在1995年南加州大学召开的超弦年会上所作的学术报告，证明了五种不同耦合常数的超弦理论本质上完全相同。因为它们的耦合常数都很小，如果忽略不计，或者放在一个更大的统一的耦合常数中，它们就是一个更具有包容性的新理论下的五种不同形式。就像一个大盘子里有五个小盘子，第一盘是炸豆腐，第二盘是炸薯条，第三盘是红薯面窝窝头，第四盘是凤爪，第五盘是鸡内金。第二和第三盘的制作材料都是红薯，只是处理方法不同；第四和第五盘的样式完全不同，但是都来自鸡的不同部位；五个小盘子的内容各不相同，但是整个大盘子，加一瓶“伏特加”，就是一顿丰盛的午餐。超弦理论的五种形式，犹如大盘子中的五个小盘，它们都属于“午餐”。或者借用成语“盲人摸象”，五种形式的超弦理论只是盲人摸到了大象的不同部位，远非大象的全部。要将五种形式的超弦理论统一起来，必须建立关于“大象”的完整理论——M-理论。这是超弦理论第二次革命的第一个要点。

爱德华·威腾所做的学术报告中的第二个要点是：适用于超弦理论的时空维数是11维。在弦理论中空间维度D=26。第一次超弦理论革命之后，理论框架必须是11维。为什么呢？我们在第二章第四节曾经给出一个公式

其中，叫作黎曼-才塔函数；当S=-1 时，这个函数成为=1+2+3+┅+┅=-1/12。设光子运动的空间维度为D，光子是横波，每个维度都有横（左、右方向的振动只能计算一个）振动。（D-2）/2 就是总振动方向数。光子的能量还取决于某个方向光波的波节数，而波节数是无穷的。就是总波节数。总振动方向数×每一方向的波节数=光子的能量，设为1。由此可得弦的空间维数是26。同样的道理，对于超弦理论，光子不但在普通空间中振动，而且在格罗兹曼空间中摆动。所以光子在超空间的能量是在普通空间中的3 倍。因此(www.xing528.com)

D=10。计入时间维，应是11维时空。

10维空间，怎么变成9维空间了呢？这个问题留待下面讨论。现在，20年过去了，二次革命的硝烟已经消散，五种超弦理论统一为M-理论，似乎可以坐下来喘口气了！但是，人们只是证明了五种超弦理论在不同条件下可以互相转化，它们应该是同一个理论在不同条件下的表现形式。而这“同一个理论”到底是什么样子并没有呈现出来。也就是说，M-理论的动力学方程尚未建立起来。所以，我们的宇宙到底是什么，依然令人迷茫！

第一，M-理论的动力学方程是什么？初始条件是什么？边界条件又是什么？从M-理论的动力学方程能不能推导出银河系、太阳系的诞生和演化？

第二，旧病未愈，新病又生。宇宙中73%的暗能量和21%的暗物质在哪里？M-理论能不能包括暗物质和暗能量？

第三，天文观测发现，我们的宇宙在加速膨胀。宇宙加速膨胀的原因到底是什么？M-理论可否解释？

第四，唯物主义者认为，物质产生意识。意识包括人的思想、精神、计划、蓝图等，它们都是人的大脑产生的。现在要问，意识与物质世界是否可以包容于M-理论？

第五，空间与时间也是超弦构成的么？其本质到底是什么？

“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”！乐观地认为M-理论是包容万物的终极理论，为时尚早。