Re: [問題] 什麼是弦論?

[zweisteine (聖人見微以知萌)]

※ 引述《KIWITSENG (奇異果)》之銘言：
: 在"最後理論"這本書裡
: 其中有多次提到弦論。
: 但是我是在一概不知的情況下看到
: 於是。
: 我再學校拋出了請老師解釋弦論給我聽的問題。
: 結果老師全不都不會（應該說是老師的專長領域不再這，雖說是物理系）
: 所以想上來版上請問有哪位大大可以大致導出弦論的內容？
: 目前我所知道的是弦論是最有可能變成統一場論的理論
: 是結合量子力學和重力場的理論。
: 但是沒有提出具體的實驗證明
: 其中的缺點也在於沒有一個＂獨立背景＂
: 還要煩請板上的高手解答，
: 我是高中文組的學生，很想考理組科系啊。。。（但是已經三年級了糟糕）
: 以上。
一般的場論的基本物體是粒子，
也就是一個沒有大小的物體。
在時空中的軌跡是一條一維的線(世界線、worldline)。
要用一個場論描述我們的世界，
必須有許多種不同的粒子，像是電子、夸克、光子、膠子、重力子等等。
因為光子、參與弱作用力的Z和W玻色子、膠子有些類似的性質，
所以一直有物理學家想要把他們統合起來。
其中電磁力和弱作用力的統合理論已經出現，
但是要進一步和強作用力統合的場論則還有待進一步的努力。
另外一直沒有一個能被大家接受的描述重力子的量子場論，
理由是重力子是一個自旋為二的粒子，
這種粒子的量子效應在計算中會給出一堆無法處理的無限大。

弦論的基本物體則是一條一維的弦，而且就只有一種。
所以有長度，也可以振動。
同一種弦的不同振動模式有不同的能量，
當我們作實驗時「以為」在振動的弦是粒子的時候，
就會把這個振動的能量解釋成粒子的質量。
前面說只有一種弦是說所有的弦都只有張力這個參數，而且值全部一樣，
但是弦的端點可以自己和自己接在一起形成閉弦(closed string)，
或著兩個端點分開形成開弦(open string)。
物理學家發現，只要一個弦論包含閉弦，
這個閉弦質量為零的振動態中有一個自旋為二的粒子。
前面說過重力子是自旋為二且質量為零的粒子，
因此弦論以外的理論是要想盡辦法把重力子加進來，
在弦論卻是重力子一開始就在理論中，想丟也丟不掉。
當然質量為零，自旋為一的粒子也在弦論裡面(光子、膠子等)，
這就是弦論是目前最有可能統合所有作用力的候選人的理由。
至於場論計算中那些無限大，因為弦也有無限種振動態，
相當於有無限種粒子。
神奇的是這無限種振動剛好可以消掉場論計算裡面的無限大，
這可以說是巧合，也可以說是因為弦論有很特別的對稱性所致。

但是弦論的對稱性實在太大了，
幾乎可以推導出任何的結果。
所以雖然幾乎不可能用實驗去推翻弦論
(不是能量不夠的問題，當然能量不夠也是個問題啦，
 不然至少可以去觀測弦論能量比較高的振動態，
 但是連LHC的能量都遠遠低於激發這些振動態的最低能量。)，
但是這也導致弦論的預測能力不足。
例如廣義相對論能預測光會轉彎，觀測一下發現真的會轉彎所以被接受，
弦論目前沒辦法做出這類的預測。

文組的學生對物理有興趣當然還是可以念理科啊，
也有些學生是大學還是考文組科系但是後來轉系或是來物理系雙主修的。
我自己大學時代也是跑去雙主修文組科系呀XDD

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◆ From: 218.166.62.188
→ chungweitw:所以, 弦論算不算是偽科學? ( 不可證明為誤 )
→ zweisteine:如果能量大到plank scale還是看不到spectrum,
→ zweisteine:就可以證明弦論有問題了，所以還是可以被rule out的。
→ zweisteine:在不考慮技術限制的情形下還是不能被證明錯誤，
→ chungweitw:嗯. 感謝. 不過這困難度還真高XD
→ zweisteine:符合這種情形時才非嚴格意義的Science。
推 feynman511:你是說振動的能量=粒子的質量嗎？那質量=0是什麼意思？
→ feynman511:是弦沒振動嗎？謝謝～～
推 Farady:質量為零對應的是弦的基態，有震動／
推 hilorrk:因為有零點能量嗎XD
→ mikechan:弦論目前比較是屬於數學(我們系上基本粒子的老師說的)
推 MicroB:每根弦的長度一樣嗎? 多長呀? 是一般定義的空間長度嗎?
→ zweisteine:因為弦的Casimir energy為負，所以第一激發態質量為零
→ zweisteine:弦的長度由振動態決定，振動得越激烈長度拉得越長。
→ zweisteine:另外開弦的兩個端點如果接著兩個平行的D-brane的話，
→ zweisteine:會被D-brane拉開，最短長度就是D-brane的距離。
→ zweisteine:這種情形等於能量多了一個張力*距離的平移，
→ zweisteine:原本沒質量的振動態就會變成有質量的。
→ zweisteine:這是弦論裡面解釋Higgs mechanism最簡單的模型。
→ chungweitw:打錯字了...是 D-brane
→ zweisteine:謝謝XD
※ 編輯: zweisteine      來自: 218.166.62.44        (09/21 00:57)
推 haryewkun:推 z大，真的是很強啊……
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