1、基础物理学中的十个顶级问题,基础物理学中的十个顶级问题,所有刻画自然界的无量纲参数是原理上可计算的呢，还是有些仅仅是由历史或是量子力学的偶然因素确定而不可计算的？ 量子引力如何能帮助解释宇宙的起源？ 质子的寿命是多长？我们如何解释之？ 自然界是超对称性的吗？如果是，超对称如何破缺？ 为什么宇宙看来只有一个时间和三个空间维数？ 为什么宇宙常数会有它有的值？这个值是零吗?它是常数吗? M-理论的基本自由度是什么？这一理论确实描述自然界吗？ 黑洞的信息佯谬如何解决？ 引力尺度和基本粒子的典型质量尺度之间的巨大差异是由什么物理解释的？ 我们能定量地解释量子色动力学中的夸克胶子的禁闭和质量间隙(mass
2、 gap)的存在吗？（值一百万美圆）,问题 一,所有刻画自然界的无量纲参数是原理上可计算的呢，还是有些仅仅是由历史或是量子力学的偶然因素确定而不可计算的？,问题 二,量子引力如何能帮助解释宇宙的起源？,问题 三,质子的寿命是多长？我们如何解释之？,问题 四,自然界是超对称性的吗？如果是，超对称如何破缺？,标准模型的外推,相互作用强度,ENERGY,1012ev,LHC,统一点,强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用,1028ev,现在的观测范围,引力,普朗克尺度,超对称,x,t, ,超空间,问题 五,为什么宇宙看来只有一个时间和三个空间维数？,在任何一个包含引力的理论中，时空 的大尺度结构是一个
3、动力学的问题。,在超弦理论中，有 9个 或 10个 空间维度:,M4,CY6,或者我们是生活在膜上：,为什么只有一 个时间维度？,6个 或 7个是紧的：,问题 六,为什么宇宙常数会有它有的值？这个值是零吗?它是常数吗?,问题 七,M-理论的基本自由度是什么？这一理论确实描述自然界吗？,M,IIA,IIB,E8xE8 杂化弦,SO(32)杂化弦,?,I,低能时是11维超引力,T对偶,g ,g ,N=4 D=4 SUSYM,N=16 SUSY QM,五种超弦理论、M理论之间的关系,问题 八,黑洞的信息佯谬如何解决？,黑洞的熵,D膜,黑洞,熵 = 面积/GN Bekenstein-Hawking公式
4、,= Log(N) N= 简并态的数目 Strominger-Vafa,弦,问题 九,引力尺度和基本粒子的典型质量尺度之间的巨大差异是由什么物理解释的？,问题 十,我们能定量地解释量子色动力学中的夸克胶子的禁闭和质量间隙(mass gap)的存在吗？（值一百万美圆）,大N展开和弦理论,方法：在大N色 极限下求解QCDN= 色的数目(3) Ng2 固定无相互作用的强子谱。偶合常数 1/N,强子类弦理论,这一问题能从我们对超弦理论的了解中受益， 也能对我们了解超弦理论做出贡献。,介子胶球,超弦理论,（现在的）超弦理论是一个将现有的基本理论做既保守又激进的改造后得到的理论，也就是：粒子 弦， 保持所
5、有其它基本的物理原理不变。,粒子,弦,相互作用的粒子：,e,e,p,p,g,相互作用的弦：,弦相互作用,粒子：,A,B,C,相互作用点,弦：,A,B,C,裤子图,弦相互作用是 拓扑唯一的。,时间,时间,弦理论的成就,一个逻辑上自恰的现有物理理论的革命性的推广,物理学的革命,一个自恰的和有限的量子引力理论,一个结构丰富并可能给出唯一的有关真实世界的可易理解的描述(一个包罗万象的理论),相对论,C 光速,量子力学,h 作用量量子,弦理论 ?,G 谱朗克长度,向统一理论迈进,超弦的量子振动给出：,标准模型和引力的粒子谱和相互作用： e, W,Z,.g,但是，要真正给出标准模型，我们必须了解：,紧致化
6、 & 超对称破缺,引力的量子理论,弦理论证明了量子力学和广义相对论是相互自恰的。(至少对弱引力场),弦理论为我们提供了探索由强引力引起的诸多疑难的工具。 黑洞的命运 已经解释了黑洞的熵 有可能帮助我们解释宇宙的起源,弦理论告诉我们：我们关于时空的观念必须彻底改变。,弦理论的现状,类似1925年前的量子理论！,量子理论,1898 1913 1925,普朗克 爱因斯坦,实验,玻尔模型,旧量子论,量子力学,有时是成功的但是是 ?(量子力学)的adhoc半经典近似。,实验只起小的作用。,弦理论,1968 1984 20?,对偶共振模型,“旧弦理论”,实验，标准模型,?,基本的自由度是什么？ 基本的对称
7、性是什么？ 基本的动力学原理是什么？,21 世纪中的三个 (可能的)观念上的变革,时空的本性,宇宙的初始条件,运动学和动力学的统一,IIA 理论在 10-d维空间中 M 理论在 11-d维空间中l 1 l 1,弦紧致在 M1上,?,时空观念的变革I,改变空间的维数,在超弦理论中， 我们可以：,连续地撕裂空间结构(拓扑不相同),弦紧致在 M2上,R,= 对偶等价于,1/R,弦在高能时膨胀,弦测不准原理,将空间体积压缩到大小为0,时空观念的变革II,在超弦理论中， 我们不可以：,分辨越来越小的距离,我们能构造一个最终的理论吗？,或许吧。,那这就是物理学的终结吗？,绝对不是！,REDUCTIONIS
8、M,TOE (String Theory?),GRAVITY QCD ELECTROWEAK,ATOMIC STRUCTURE,NUCLEAR STRUCTURE,COSMOLOGY,CONDENSED MATTER,CHEMISTRY,BIOLOGY,STELLAR STRUCTURE,STRUCTURE OF THE UNIVERSE,CLASSICAL MECHANICS OF ATOMS AND MOLECULES,FLUID MECHANICS,MICRO,MACRO,知识、无知和智慧,无知,知识,知识 体积,无知 面积,智慧 知识 体积无知 面积,无知,知识,无知的海洋是紧致的吗？,
