統一場論解決方法

⑴ 物理學領域還存在哪些問題

我就說宇宙天文學方面吧，一，黑洞理論，除星系中心黑洞，其它黑洞有超20億年的嗎？還霍金黑洞輻射呢？二，宇宙沒那麼廣，星系沒那麼多。三，虛子可笑，應該是某種振盪的效果，宇宙終極等效。四，引力公式中的m將會被其他代替（暫不能講）。五，所有的速度要加個初速度v，各個星系不同，（光速除外）。六，對類星體認識不清，超新星的過程和結果認識不夠。……

⑵ 愛因斯坦的統一場論內容是什麼

可以說《統一場論》包含了相對論，統一場論即是將自然界所有的作用用最簡潔最少的方程式表達出來，這其中隱藏著人類自古以來的哲學思想，世界萬物的芬華最初僅僅是由一種原理支配的，所以自牛頓以來科學家們一直追求著統一的路。現在的統一場論具體是指將引力、電磁力、弱力、強力四力統一起來的理論研究，而愛因斯坦那時的研究主要是將引力與電磁力統一，但是至今人們並未真正理解引力。而相對論分成狹義相對論和廣義相對論，其中狹義相對論是指質量、長短等等會因速率而改變，而廣義相對論修正了牛頓的萬有引力定律，認為光線會因引力場的作用而彎曲，改變了我們對於時空的看法。廣義相對論的方程就是用於描述宇宙的規律的，但是由於它和量子理論的矛盾，使得人們必須發展統一場論，進而更清晰的認識宇宙。至於物理學的未來，即使物理是一個很古老的學科，現在要做出很大的成就很難，但是仍有很多問題亟需解決，而且物理學對於其他學科的推動作用也證明：物理雖古老，但仍有生命力。如果你對我們生活的宇宙感到異常的好奇，那你可以去研究物理。

⑶ 愛因斯坦到死都不能完成的理論是什麼和什麼的統一

統一場論 從相互作用是由場（或場的量子）來傳遞的觀念出發，統一地描述和揭示基本相互作用的共同本質和內在聯系的物理理論。迄今人類所知的各種物理現象所表現的相互作用，都可歸結為四種基本相互作用，即強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。
闡明自然界各種相互作用的性質和規律，本是物理學基礎研究的一個極其重要的方面。而追求建立相互作用的統一理論，則是出於對物質世界的統一和諧的堅定哲學信念和要竭力探求事物內在本性的頑強慾望。A.愛因斯坦把他後半生的精力獻給了這一事業。在他的深刻思想的影響下，統一場論已成為20世紀物理學的重要研究方向。
早期的（引力－電磁）統一場論研究 19世紀中葉J.C.麥克斯韋的電磁場理論統一了電的作用和磁的作用；它是歷史上第一個幾種相互作用的統一理論。20世紀初，愛因斯坦破除I.牛頓的引力論中超距作用觀念，把場的觀點引進引力理論而創立了廣義相對論(1916)。其後不久，便出現了以統一引力場和電磁場為目標的統一場論研究熱潮，而當時人類知道的基本相互作用只有引力作用和電磁作用。
由於在廣義相對論中引力場被描述為時空的彎曲，因此，設法進一步把電磁場也和時空的其他幾何屬性聯系起來，便成為那時統一電磁作用和引力作用的各種理論方案的中心思想。例如，H.韋耳把電磁場和時空的尺度變換相聯系；T.F.E.卡魯查和A.克萊因則把電磁勢當作五維時空度規張量的部分分量；而愛因斯坦則將時空的度規或聯絡從對稱的推廣為不對稱的，然後把不對稱部分同電磁場聯系起來。物理學的幾何化，可說是早期統一場論研究的一大特色，此外，所有這些理論方案都只考慮經典場論（即宏觀的引力和電磁現象），沒有涉及場的量子效應。
經過大約20年的努力，所有統一電磁場和引力場的嘗試都沒有獲得成功，但對於數學中微分幾何的發展卻有很大推動。隨著量子論的興起，物理學主流轉入微觀領域，早期統一場論的研究到30年代末漸趨衰落，只有愛因斯坦堅持不懈直至逝世。
海森伯的統一場論方案 50年代初，人們已經認識到，自然界的基本相互作用還應包括微觀粒子之間的強相互作用和弱相互作用；統一場論的目標也隨之擴大。那時W.K.海森伯曾提出一個非線性的旋量場方程，企圖從它導出基本粒子的質量譜並解釋它們的相互作用性質，但也始終未成功。
電弱統一規范理論 從50年代末起，統一場論的研究又走向高潮，這是理論和實踐兩方面的新的發展所致。
1954年楊振寧和R.L.密耳斯把電磁作用是由定域規范不變性所決定的觀念（這原是韋耳統一場論的合理內核,不過時空尺度變換應改為帶電粒子的相位變換）,推廣到不可對易的定域對稱群。這就揭示出規范不變性可能是電磁作用和其他作用的共同本質，從而開辟了用規范原理來統一各種相互作用的新途徑。而後，實驗上又弄清弱作用是普適的V-A型相互作用,和電磁作用有許多共同特點，這就促使人們開始認真考慮它們的統一問題。經過許多科學家近20年的共同努力，電弱統一理論取得了很大的成功。
現在大家接受的電弱統一理論，是一種自發破缺的規范理論。弱作用和電磁作用都是由規范原理所要求的場（即規范場）來傳遞的，這自然地解釋了二者的共性（普適性和矢量型）。與弱作用相聯系的規范對稱性又是自發破缺的，通過黑格斯機制使傳遞弱作用的中間玻色子獲得了很重（約10eV/c）的質量，這便解釋了弱作用同電磁作用的差異（前者力程短、耦合弱）。自發破缺規范理論還有一大優點，即在量子化後做進行微擾計算中出現的發散困難是可重正化的。
選取不同的規范群和破缺方案，把誇克和輕子填入規范群的不同表示,可以得到不同的電弱統一模型。S.L.格拉肖、S.溫伯格和A.薩拉姆提出的 SU(2)×U(1)模型，預言了弱中性流和粲數的存在及其性質，均為以後一系列的實驗所證實。由於他們對電弱統一理論的重大貢獻，這三位學者獲得了1979年度諾貝爾物理學獎。1983年，中間玻色子W±和Z相繼發現，是對電弱統一理論的重要支持。不過黑格斯粒子和黑格斯機制都尚須實驗進一步予以檢驗。
大統一規范理論 關於強作用，目前已有一種有希望成功的理論,即量子色動力學；它是個不破缺的SU(3)規范理論。因此，從70年代中期起，很自然地在電弱統一規范理論取得成功的基礎上，人們又開始了新的探索，其目標是把強作用乃至引力作用通過規范原理和電弱作用相統一。
所謂大統一理論，就是試圖依照電弱統一理論的同樣觀念和方法（即規范場加自發對稱性破缺），來實現強、電磁和弱三種相互作用的統一，不過要將規范群推廣為包含子群SU(3)×SU(2)×U(1)的一個更大的單純群〔如SU(5)、SO(10)或E(7)等〕而已。按照這種理論,各種相互作用的強度是隨能量而變化的。當能量增加時，強作用逐漸變弱，而電弱作用則變強。在能量達到大約1024eV時,三種作用強度變成相等而統一為一種規范作用（由該單純群作為規范群）。大統一規范理論有一個驚人的預言，即質子是不穩定的,它會衰變為別的粒子,其壽命估計為10年。不過，到目前為止,這個預言沒有在實驗上得到證實。
此外，還有人嘗試把超對稱性（玻色子－費密子對稱性）引入大統一理論，企圖解決大統一理論本身的一些問題（如規范等級問題）。不過超對稱性帶來的問題似乎比解決的問題更多。更有人討論超統一（又叫做擴充超引力）理論，試圖用超對稱性同時把引力和其餘三種相互作用在10eV的能量下實現統一。最近,為了尋找新的途徑，人們又重新對卡魯查的高維空間統一場論發生了興趣。開始認真地考慮四維之外的其他維度的物理效應。另外還有人嘗試把超對稱性和高維空間結合起來，等等。所有這些把四種相互作用全統一起來的理論嘗試現在都很不成熟，未能給出現實的統一方案。而且在這樣的能量下，引力的量子效應已開始變得重要，而到目前為止,還沒有令人滿意的量子化的引力理論。可見,距離真正實現愛因斯坦的宏大設想還相當遠。
總之，各種不同層次的統一規范場論，包括電弱統一和大統一規范場論，已經而且仍將是理論物理的中心課題之一。建立統一場論的理想將繼續鼓舞人們不斷深入地頑強探索自然的奧秘。
構成宇宙最基本要素是空間和物質，時間反映了物質運動的先後次序，它們是統一的是不可分割的，假定有限大宇宙有一個物質的中心點發生運動，宇宙空間也就會跟著運動，如果宇宙空間不跟著運動，空間、物質、時間就不是統一的，就不存在宇宙，同樣，宇宙空間的運動，中心點也會隨之運動。我們從這一哲學思想得到一個宇宙的基本定律，任何物質都有屬於自己的空間，物質的運動會導致空間的運動，速度會隨著空間的增大而減少，空間的運動也會影響物質的運動。
先看看這一基本定律能否解釋一直困擾人類的宇宙難題，以太陽系為例，太陽自轉，太陽周圍的空間隨太陽轉動，九大行星只是靜止在彎曲運動的空間上，運動速度是隨著太陽周圍的空間增大而減小，太陽以及行星相對於運動空間是不消耗能量的相對靜止，符合能量守恆定律，而牛頓的理論和能量守恆定律有矛盾，星球的自轉牛頓只怪上帝蹬了一腳，而實際上空間運動速度是隨著太陽周圍的空間增大而減小，地球落在兩面運動速度不同運動空間，靠近太陽一面的空間運動速度較快，遠離太陽一面的空間運動速度較慢，較快一面的速度減去較慢一面的速度，剛好等於地球的自轉速度，同時對地球產生壓力，整個宇宙的運動空間互相疊加，對地球的運動造成影響，同時對地球產生更大的壓力，這種力就是萬有引力，可見空間運動的速度差對物體產生萬有引力，也就是加速度對物體產生力的過程，和牛頓定律中的力對物體產生加速度是統一的，也符合廣義相對論的慣性力等效萬有引力理論，也能夠清晰地解釋了萬有引力的超距作用，這是牛頓和相對論所不能解釋的問題。
事實上空間運動的速度差和空間彎曲的曲率.空間的疊加是產生所有宇宙自然力的原因，也就是統一場論，萬有引力和磁力實際上是同一種力，比如電子在導線中流動產生運動空間，當兩根導線電流同向時，導線之間的運動空間產生疊加，空間運動速度比導線外圍的空間運動速度快，從而產生吸引力，而當兩根導線電流方向不同向時，導線之間的空間運動速度相減，空間運動速度比導線外圍的空間運動速度慢，從此而產生斥力，有人認為這是磁力子起作用，我們清楚地知道導線中電子運動就有磁力，電子不運動就沒有磁力，難道電子運動就有磁力子，電子不運動就沒有磁力子，這是不符合物質守恆定律的。統一場論可以解釋宇宙一切問題，包括宇宙起源，了解宇宙運動的本質就會發現愛因斯坦宇宙運動和牛頓慣性運動是不一樣的，傳統上物體的運動速度是單位時間內走過的距離，當物體在引力場中或高速運動時使用牛頓力學去計算就不準確了，必須應用相對論，由於我們生活在慢速的世界很難理解宇宙，我們必須從宇宙的角度去看宇宙，而不能從人的角度去看宇宙，就可以解決所有和宇宙運動有關的問題，例如相對論認為物體在引力場中或高速運動時，物體的時間、體積、質量等參數會發生變化，為什麼 ？傳統上在慣性系中單位時間內從一點到另一點的速度為一，如果兩點之間放入第三點，速度是不會改變的，但從宇宙的角度去看速度加快了，放入的點數越多速度越快，就如從人的角度去看單位時間內我們做的事越多，辦事速度越快，宇宙運動的速度也是一樣，單位時間內運動物體掃過質點的數量越多，其速度越快，相對於運動物體，這些點相對速度也越快，這說明了質量越大的天體，其相對速度也越快，和高速運動的物體產生效應是一樣的，時間.體積.質量等參數會發生同樣的變化。在慣性系統，由於物體運動速度很慢，空間的運動速度、時間、體積、質量等參數發生的變化很小，可以忽略不計。
《統一場論》
宇宙是由空間物質時間這幾個基本元素組成，空間反應物質所在的環境，環境中的物體我們稱為物質，時間是反應物質變化的連續性，而力則是物質變化的原因
首先讓我們了解空間的性質，現在物理學界主要把空間分為三個維度一維二維三維四維，我們所在的空間就是其中的三維空間有三個方向所確立，而四維空間則是在三維的基礎上多了一條時間軸，
讓我來做個比較比如說螞蟻是以氣味感知世界的，它認為這個是界是平面的，而我們是以光的折射來建立世界的模型，所以我們認為世界是三維，那麼我們那麼確定我們所在的空間一定是三維世界嗎，我們知道螞蟻感知不到三維世界是因為螞蟻感官的局限性，那我們的感官難道是萬能的么，我們對外界事物90%是靠眼睛觀察的，那麼它沒有一定的局限性么，如果光反射不了或者速度大於光那我們便觀察不到了，這樣的例子也到處存在著，比如引力磁場慣性黑洞，這些我們都不是靠光感知到的，也就是說我們看到的並不是三維世界，只是這個世界的一部分。
愛因斯坦說過「不存在沒有物質的能量，也不存在沒有能量的物質。」而在「真空」環境中壓力還是存在著的，也就是說「真空」中也存在著物質，而且它們粒子結構更為基本，密度更大，光的波粒二象性也正是因為穿透不了這些粒子做的繞粒子運動，我們的宇宙也正是因為這些粒子場交織在一起所形成，它們之間並不直接影響而是帶動對它們產生阻力的物質運動，就像水流帶動氣泡一樣，所以稱它們為「粒子暗流」。
我們之所以能以每秒29.79KM與地球一個軌道，在自轉軌道沒被甩出，光靠引力產生的重量明顯不合理，而是因為「粒子暗流」帶動了我們比如說誇克，再由誇克傳到質子，再由質子傳到原子，再由原子傳到分子，再由分子帶動我們，對我們產生了慣性質量，所以引力質量並不等於慣性質量，在同一慣性系物體的慣性質量並不顯現，只體現引力質量，如果慣性質量等於我們的引力質量，也就是說光靠我們的體重來維持公轉自轉的速度，那麼1秒後我們將在地球後29.79公里處，所以物質的慣性質量並不等於引力質量。
那麼引力是什麼呢，我們知道物體的質量決定引力的大小，而恆星與我們都是原子結構所以對我們產生壓力的都是同一種粒子，而隨著地表以下這種結構更為密集所以壓力會把我們往下壓，幸好有大氣層緩沖了這種壓力，地表與我們的支持力大於它對我們的壓力，形成引力。所以當物質之間的壓力大於它們的支持力那麼引力便產生了，物體的質量與壓力成正比。
那麼磁場是什麼呢，磁力是由電子運動產生的，我們做個假設，在水池中，有兩個壓力相等的乒乓球團，突然一個乒乓球團的乒乓球少了一個（正電），而另一個乒乓球團卻多了一個（負電），那麼水便會把這個乒乓球壓到少了一個乒乓球的乒乓球團中（電子運動）當這一數量不斷上生，頻率不斷加大，那麼水便會對乒乓球轉移的這一路徑產生頻率壓強，這便是磁場，
電弱統一以成定局，而強力是將原子核保持穩定的力，所以也稱核力，那麼再讓我們回到水池，這個水池現在成為一個立方圓而水池的壓力從外到內加大，水池中有足球，網球，而足球與足球之間水的支持力大與壓力，而在水池的中心，卻有一個相當密集的結構其質量占水池的99.95%以上，而體積卻只佔這個水池的幾千億分之幾，我們知道質量與壓力成正比所以這便是核力，
那麼以上理論能否解釋黑洞呢，我們知道恆星是由大質量天體因承受不住自身的引力坍塌形成的大密度天體，那麼我們知道了質量其實等於壓力，所以是恆星因為質量的增大它的結構卻沒有變化，當恆星的結構承受不住這種壓力時恆星將會破碎，有可能行成更為密集的天體，但這並不是黑洞，當恆星爆炸時因為粒子結構的破碎空間加大外部的粒子會來填充，但在恆星自旋粒子的帶動行成了一個「粒子旋渦」它內部的壓力從大到小，所以被它吸引的物質結構便會不斷的被分解形成更基本的粒子結構，在黑洞的中心，因為這些粒子因為被黑洞分解所以不會受到黑洞的影響，便會以輻射的形式逃脫，當這個「粒子旋渦」的能量消耗代近，那麼粒子將會覆蓋黑洞，產生爆炸，所以黑洞並不是天體，它並不具有穩定的結構，而被吸引進的物質也並不是進如四維空間而是被分解成更基本的粒子。
一方之言 不過當人們統一四力以後面對的是更復雜的平均力 當人類了解後便可以對現在觀察的現象進行解釋和「預測」
物理史上有個笑話，愛因斯坦發布廣義相對論不久的一次宴會上，前去采訪的記者與英國物理學家愛丁頓爵士開玩笑：「聽說世界上只有3個人懂廣義相對論。」愛丁頓良久未答，記者問他在想什麼，他答：「我在想那第三個人是誰。
也就是說當時只有2個人懂。

不過隨著時間的推移，懂的人越來越多了。但是這並不意味著你看過相對論的公式，會背，會解簡單的題，就是懂相對論。其實愛因斯坦也有自己的局限性。看下面這段：
相對論預言恆星可以塌縮成黑洞，但相對論的創造者愛因斯坦卻始終拒絕接受，他反對說：物質不可能如此緊致。同樣，愛因斯坦曾經也不接受用相對論方程推導出來的宇宙膨脹模型。

這兩項推導其實都意味著，我們的宇宙並不穩定。在愛因斯坦之前，人類以為我們的宇宙永遠都是穩定不變的。因此，對自己方程導出的不穩定宇宙，愛因斯坦也很擔憂，他甚至試圖在自己的方程上加一項常數，以確保宇宙的穩定。直到1929年，天文學家哈勃的觀測證實，星系的確在離我們而去，宇宙就是在膨脹著。愛因斯坦後來承認，「宇宙項」是他一生中最愚蠢的錯誤。

⑷ 如何利用弦理論解決統一場論

無論如何，超弦我們只能對超弦理論弦的世界面可以看做為黎曼面，利用復分析的技術來處理。弦理論的基本特點楊振寧和米爾斯提出了嶄新的統一場論

⑸ 愛因斯坦晚年研究的統一場論，到底是一種怎樣的理論

其實我們完全可以這樣形容我們的物理，所有的物理從某種程度上都可以概括為力學。不管是牛頓的經典力學還是量子力學，甚至於愛因斯坦提出的相對論，其實都是在探討例，在我們生活，不管是微觀世界還是宏觀世界裡邊兒存在的關系以及它們之間的相互作用。

這里邊單就一個話題拿出來都可以讓一個科學家窮盡一生去研究，而愛因斯坦卻想要超前完成。如果沒有這三個基礎的條件的話，想要搞明白統一場論幾乎是沒有可能的。畢竟在1955年的時候愛因斯坦就去世了，但是在當時強相互作用力並沒有被人類研究通透。不過隨著我們科技的發展，再加上涌現出了很多優秀的科學家，最後還是讓我們發現了量子引力完善了。統一場論里邊兒最後一個理論基礎。不過關於統一場論的問題，想要解決依靠現在的科學還是沒有辦法完成。

⑹ 統一場論完成了嗎霍金的大統一理論，和統一場論有關系不

霍金說，自古以來人們就一直嘗試建立宇宙的統一模型，從亞里士多德到牛頓，人類對宇宙的認識走過了一段曲折的道路。牛頓的理論問世後，人們似乎認為找到了一個能解釋一切自然現象的理論，所以１９世紀初，法國科學家拉普拉斯就聲稱：「如果我們知道某一時刻宇宙內所有粒子的位置和速度，那麼我們就可以預測宇宙的未來。」

但２０世紀量子論的問世使得絕對的決定論失去了基礎，因為量子論的測不準原理認為，不可能同時准確地測到一個粒子的位置和速度。後來，科學家又發現了混沌現象，即在一處很小的擾動會在另一處引起巨變。一隻蝴蝶在一個地方扇扇翅膀，就可能在很遠的一個地方引起大雨。這就是為什麼天氣預報不準確的重要原因。因此，絕對的決定論就更站不住腳了。

拉普拉斯的夢想破滅了，那麼會不會出現一個新的描述整個宇宙的統一理論呢？自愛因斯坦晚年嘗試建立一個能描述自然界所有力的統一場論後，很多科學家一直在追求建立一個能描述整個宇宙的大統一理論。

目前，很多科學家提出有可能存在一個能描述一切物理現象的理論，並把這一理論稱為Ｍ理論，或超弦理論。中國科學院理論物理所研究員朱傳界在報告會後接受新華社記者采訪時解釋說，Ｍ理論又稱膜（Membrane）理論、矩陣（Matrix）理論、母（Mother）理論和神秘（Mystery）理論。它認為弦或者膜是物質組成的最基本單元，所有的基本粒子如電子、光子、中微子和誇克都是弦或膜的不同振動激發態。它有可能將２０世紀創立的兩大基礎理論廣義相對論和量子力學完美地結合起來。

他闡述了哥德爾不完備性定理。這一定理是數學家庫爾特·哥德爾１９３１年證明的。它指出，在任何公理化形式系統中，總存留著在定義該系統的公理的基礎上既不能證明也不能證偽的問題。也就是說任何一個理論都有解決不了的問題。盡管自愛因斯坦之後科學家又發現了很多自然界的基本特徵，提出了一些新理論，但霍金毫不客氣地指出，目前我們關於宇宙的所有理論「既不協調，又不完善」。這說明在物理學領域，很可能存在類似哥德爾不完備性定理的規律。因此他認為，不太可能建立一個單一的能協調和完善地描述整個宇宙的理論。

⑺ 愛因斯坦的統一論與相對論是否有關系統一論是否完成

愛因斯坦晚年一直在尋找一個萬物理論，希望此理論可以解釋宇宙間的一切現象一次一勞永逸的結束人類幾千年的智力探索，但他沒找到，失敗了許多次。統一論與相對論沒什麼關系，萬物理論也沒有完成，目前四種自然力還沒有令其結合的理論，只融了三種。現在萬物理論的候選者只有一種理論，即M理論

⑻ 誰能給我解釋下統一場論

80年代中期，超弦理論的研究取得了突破性進展。眾多的理論物理學家加入到了超弦理論研究的行列。不少人在不同程度上相信，自從發現自然界存在四種相互作用以來終於首次獲得了一種量子理論能統一描述所有的基本粒子及它們之間的這四種相互作用，而且不存在通常的大統一場論所無法避免的各種困難。但是也有一些著名的物理學家告誡人們，超弦理論的方向嚴重地背離了物理學的宗旨從而有可能貽誤年輕一代學生，因為尚不存在任何關於超弦理論的實驗證據，而且他們認為永遠也不會有這方面的實驗證據。目前，盡管這種爭論仍在繼續，但人們更多地採取務實的態度，希望讓事實來說話。無論如何，超弦理論做為一種理論模型為我們探索自然界提供了一種新的思路，從這個意義上講，它的影響也許會比所預料的要深遠的多。

這里我們只能對超弦理論做一個非常簡短的介紹並指出尚待解決的困難。關於超弦理論的詳細論述需要高深的現代數學。事實上，超弦理論的發展帶動了這些新的數學分支的發展並且使得粒子物理理論、量子引力理論和某些新興現代數學理論有機地融合在一起。

在超弦理論之前，人們按照傳統的點粒子場論來處理引力的量子化理論，這種方法不可避免地要產生無法重整化的發散。問題主要來自引力理論在非常小的尺度下的奇異量子行為。在10-35米的小尺度上，粒子的引力(Schwarzschild)半徑變得與康普頓(Compton)半徑相當的時候，真空態中充滿了虛的黑洞。所以，在關於引力的點粒子場論方案中，時空本身在普朗克尺度將開始塌陷。超引力理論的引入並沒有能夠扭轉局面。將超對稱定域規范化，就會自動地得到一個包含引力在內的理論。這是因為洛倫茲群的定域化勢必導致坐標架的局域化及廣義坐標變換下的協變性，而按照愛因斯坦的等效原理，這完全等效於考慮了引力的效應。一般而言，超對稱的引入會減弱點粒子量子場論的無窮大發散行為。在定域化之前，超對稱使得人們頭一次有可能構造一個無需重整化就已經是有限的規范理論。但是希望通過定域規范化同樣得到一個有限的量子引力理論的設想並沒有能夠實現。由於普朗克尺度下真空的漲落，點粒子的超引力理論存在無法重整化的發散。

弦理論之不同於傳統的量子場論在於假定物質的基本結構不是點粒子而是弦—一條一維的曲線。它的特徵尺度是由普朗克長度LP和普朗克質量MP代表

在這樣的尺度下，弦理論與點粒子理論明顯不同，但在較大的尺度或更低的能量標度下，由於人們「感覺」不到物質基本單元的這種弦結構，於是可以近似地用點粒子理論。正是由於這種弦結構存在於如此小的尺度(或等價為極高的能量標度)，所以人們擔心或許永遠無法證實弦理論。按現在的水平即使每10年增加一個數量級我們也至少要等上200年才可能在實驗室的加速器上達到普朗克能量標度。但是，普朗克能標是與任何包含引力的統一理論相聯系的，所以人們相信超弦理論的特點一定會在低得多的能量尺度下有所反映，正如SU(5)大統一場論會有相應的低能有效理論一樣。超弦理論的低能有效理論應該和目前人們在這個能標下的正確理論——標准模型有基本相同的行為並且可以克服標准模型現有的困難。事實上，下面我們將看到，超弦理論距離達到這個目標還有相當漫長的路程。

正如本書粒子物理部分指出的，標准模型取得了巨大的成功，但是也存在不少的問題。人們期望這些問題將由一些更基本的原理來回答。所以對於標准模型的擴充一直是人們關注的事情，何況標准模型並不完全——它沒有包括引力。大統一、超對稱以及額外的空間自由度這些概念是人們在對標准模型的擴充中發展起來的。盡管這些概念能夠在通常的規范場論中實現，但是它們全部可以自然地吸收進弦理論中。

弦理論最初出現在粒子物理中是在60年代後期。當時維涅吉阿諾(G.Venezi-ano)，南部等人提出弦模型，用來解釋實驗上發現的強子共振態質量和自旋的如圖3.12的關系。它稱為雷吉(Regge)軌跡。該模型認為強子如介子由一個誇克和一個反誇克通過色力束縛而成，可以形象地用誇克和反誇克之間的色力線代表。由於色力很強，這些色力線在膠子一膠子作用下形成管狀並且攜帶有能量。誇克的質量與之相比可以忽略，於是強子的質量主要來自這個色力線構成的管。好比橡皮筋兩端系著小球，如果橡皮筋粗壯有力，而小球很輕的話，人們就容易只感覺到橡皮筋而忽略了小球的存在。將強子的質量分布在弦上可以算出質量與自旋的關系。剛好解釋雷吉軌跡。但是同時預言存在一個質量為零自旋等於2的粒子。強子譜中並沒有這樣的粒子。70年代中期標准模型的成功，弦模型已被遺棄時，舍科和施瓦茲指出若把這個自旋2的零質量粒子用來描寫引力場的量子—引力子，則弦的延展性或許將有助於克服以往的引力量子理論中存在的發散。1984年格林和施瓦茲沿這個方向推進了一大步，構造了一種特殊的弦模型，它具有時空的超對稱，因而稱為超弦理論。當時空維數等於10，內部對稱群為SO(32)時，這個理論不存在反常。

人們或許會問為什麼只考慮弦這樣的延展客體而不考慮維數更高的如二維膜的理論，事實上，構造延展客體的量子理論，使之滿足所要求的幺正性、微觀因果性並不是輕而易舉的事。對於一維弦人們找到了構造量子理論的方案，而且其經典解的粒子譜包含有一個自旋為2的零質量粒子，它們在相互作用中的確滿足廣義協變性從而自然地包含了引力。所有這些可以說是值得十分慶幸的。但可惜的是這些特性並不能推廣到高維的客體。

弦有兩種基本的拓撲結構：開弦和閉弦。開弦是兩端自由的線段而閉弦是首尾相接的閉合環。弦運動的各種簡正模式的量子激發給出了基本粒子譜。這些激發可以有弦的振動和轉動自由度，對應到粒子譜上，反映為粒子存在各種內部自由度。在弦理論中，所有的基本粒子都是一個基本弦的不同運動模式而已。弦的運動態中低於普朗克能量的態數目是有限的，對應為可觀測的粒子。那些質量與普朗克能量相當或是高於普朗克能量的模式有無窮多，它們很可能是不可觀測的。一般說來，它們是不穩定的，會衰變為更輕的模式。

目前知道的有三類自洽的超弦理論。第一類是關於不定向的開弦或閉弦的理論。另外兩類基於定向的閉弦，它們的區別在於內部對稱群不同。其中一種稱為第二類超弦理論；而剩下的那種稱為異常弦理論。這三類超弦理論中不存在任何可調的無量綱參數或是其它的任意性。所以，除了這三種選擇外，幾乎得到了一個完全唯一的包含引力在內的量子理論。現在人們希望進一步縮小候選者的范圍。如果能夠證明其中兩類是等價的而另一類是不自洽的，那末就只有唯一的理論來解釋整個基礎物理了。這是當前弦理論研究的任務之一。另外，只有正確的方程是不夠的。是方程的解提供了對自然現象的數學描述。一般地，人們先研究最低能量和較低能量的量子態。一個理論很有可能存在不只一個基態，在這種情況下就要根據實驗數據來做出選擇。對於弦理論情況正是如此。

弦理論的構造與點粒子的情況是類似的。量子場論的微擾展開處理中點粒子的相互作用是由費曼圖表示的。點粒子的運動在時空中劃出的軌跡稱為世界線。世界線的交匯或分開代表了粒子的相互作用。在給定初末態的情況下把所有可能的圖的貢獻加起來就得到過程的完全幾率振幅。可以按照拓撲性質對圖進行分類。某個特定拓撲性質的貢獻由一個有限維的積分給出。這個積分通常是發散的，但是對於可重整化的理論有辦法從中得出有限的結果。弦在時空中運動的軌跡是一個二維面，稱為世界面。相應的費曼圖是有確定出態和進態的二維曲面。由於相對論的要求，弦的形狀不可能是固定的(剛體是不存在的)，因而世界面的拓撲性質才是有意義的。對於第二類超弦理論和異常弦理論，存在單一的基本相互作用頂角。它的費曼圖如圖3.13所示。這類圖稱為褲子圖。代表T1時刻的平面與褲子相交，可以看到有兩個閉弦。T2時刻的平面與褲子相交就只有一個閉弦了。很顯然，在中間某時刻兩個閉弦彼此靠近最後合二為一了。由一個閉弦分解為兩個閉弦的逆過程也是允許的。

褲子圖所描寫的相互作用與點粒子理論中的相互作用在基本的方面存在差異。圖3.14中畫有點粒子相互作用頂角和弦作用的褲子圖。在什麼時刻兩個粒子變成一個粒子了呢？我們用兩根虛線分別代表兩個不同的觀察者所處的洛倫茲坐標系中的等時線t和t′。可以看到相互作用發生的時空點對於不同的觀測者是重合的，換句話說，有唯一的相互作用點。相反地，在弦理論的褲子圖中相互作用點為等時面與世界面的切點，它因觀測者的不同而不同。對於點粒子的相互作用頂角，作用點的唯一性是「流形」奇異性的體現。各種選擇都是允許的，這也是為什麼普通的量子場論在構造上存在如此多的自由度的部分原因。弦理論的世界面是平滑的流形，並不存在特殊的點。相互作用完全是曲面的拓撲性質的原因正在於此。這樣一來，相互作用的性質就完全由自由理論的結構所決定了。

弦的世界面可以看做為黎曼面，利用復分析的技術來處理。弦理論的基本特點在於由共形映射z→f(z)聯系起來的世界面是等價的，其中z是復坐標。所以在對各種構形的貢獻求和時只考慮那些共形變換下不等價的世界面。幸運的是，對於每種拓撲構形，其共形不等價類由有限的參數標志，相應的費曼積分是有限維的。對於第二類和異常弦理論而言，費曼圖的拓撲分類特別簡單。它們由一個稱為虧格數的整數來區別。虧格數代表了從球面上連出來的手柄個數(見圖3.15)。初末態弦由黎曼畫上的黑點代表，它們共形等價於延伸到無窮遠的管。可以看到，虧格數對應為微擾展開中的圈數。弦理論的一個顯著特點是，對於微擾展開的每一階只有唯一的費曼圖，而在普通的量子場論中往往會有很多的費曼圖。由於這個性質，人們可以利用弦理論的方法更方便地將量子色動力學中的復雜計算大大簡化。不但如此，弦理論中與圖相對應的積分的收斂性質也要好得多。虧格大於1的費曼圖的計算仍未解決，這涉及到黎曼面理論、代數幾何甚至數論的前沿研究。但是，有跡象表明所有的發散都是我們已經了解並能夠處理的類型。例如，任何含零質量粒子的理論都會存在紅外發散。我們已經知道如何處理它們。更為重要的是，弦理論中不存在那些導致理論無法重整化的發散。

為什麼對於廣義相對論進行的量子修正會導致無法重整化的發散，而在低能情況下與廣義相對論等效的弦理論卻是可重整化的呢？這似乎是矛盾的。事實上，弦理論可重整的主要原因在於普朗克尺度下其行為不同於點粒子場論。特別是弦的那些質量等於或大於普朗克能量的運動模式，它們對應粒子譜中無窮多的粒子。這些粒子做為虛粒子對於散射過程中間態的貢獻很巧妙地相互抵消從而改善了費曼積分的紫外行為。這種情況類似於中間玻色子對於四費米子理論的作用。

超弦理論的基本原理的發展以及對於它們的更為幾何化的描述已經吸引了一大批人為之付出了不懈的努力。把它的發展與當初廣義相對論的情形做個比較將會是富有啟發性的。愛因斯坦建立了具有深遠意義的等價原理和廣義協變性，隨後又找到了實現這些原理的恰當的數學語言——黎曼幾何。這導致了相應的動力學方程以及對實驗的預言。這些預言許多已得到證實。在弦理論中，可以說我們得到了方程卻還沒有找到做為廣義坐標變換和等效原理的推廣的那些基本原則。這樣的原則一定是存在的，因為廣義相對論是弦理論的低能等效理論。無論這些基本原則究竟會是什麼樣的，它們很有可能要求一種新的幾何，或許是黎曼幾何在無窮維的推廣。當然現在要弄清這些還為時尚早。對於超弦理論的研究仍在繼續，但期望很快就能得到所要的基本原理是不現實的。或許要經過幾代人的艱辛工作才可能得到滿意的答案。毫無疑問這方面的研究需要數學的進展，同時今後一、二十年裡的實驗結果也將有助於我們新觀念的形成。

⑼ 愛因斯坦晚年的統一場統為什麼不能解決

愛因斯坦的後半生一直從事尋找大統一理論的工作,即被稱為二十世紀二十個科學之迷的統一場論，是企圖把自然界中的電磁、引力、弱、強等各種互相作用力統一起來的理論，不過這項工作沒有獲得成功.
在完成一系列重要理論之後,特別是質能方程完成後,愛因斯坦一直在試圖將強和弱相互作用里統一為一種力的概念.
不過據說愛因斯坦晚年確實研究過宗教,而且同樣的牛頓晚年也在致力於證明上帝的存在
可見即使科學發展今天,還是有好多事情沒有在搞懂