统一场论解决方法

⑴ 物理学领域还存在哪些问题

我就说宇宙天文学方面吧，一，黑洞理论，除星系中心黑洞，其它黑洞有超20亿年的吗？还霍金黑洞辐射呢？二，宇宙没那么广，星系没那么多。三，虚子可笑，应该是某种振荡的效果，宇宙终极等效。四，引力公式中的m将会被其他代替（暂不能讲）。五，所有的速度要加个初速度v，各个星系不同，（光速除外）。六，对类星体认识不清，超新星的过程和结果认识不够。……

⑵ 爱因斯坦的统一场论内容是什么

可以说《统一场论》包含了相对论，统一场论即是将自然界所有的作用用最简洁最少的方程式表达出来，这其中隐藏着人类自古以来的哲学思想，世界万物的芬华最初仅仅是由一种原理支配的，所以自牛顿以来科学家们一直追求着统一的路。现在的统一场论具体是指将引力、电磁力、弱力、强力四力统一起来的理论研究，而爱因斯坦那时的研究主要是将引力与电磁力统一，但是至今人们并未真正理解引力。而相对论分成狭义相对论和广义相对论，其中狭义相对论是指质量、长短等等会因速率而改变，而广义相对论修正了牛顿的万有引力定律，认为光线会因引力场的作用而弯曲，改变了我们对于时空的看法。广义相对论的方程就是用于描述宇宙的规律的，但是由于它和量子理论的矛盾，使得人们必须发展统一场论，进而更清晰的认识宇宙。至于物理学的未来，即使物理是一个很古老的学科，现在要做出很大的成就很难，但是仍有很多问题亟需解决，而且物理学对于其他学科的推动作用也证明：物理虽古老，但仍有生命力。如果你对我们生活的宇宙感到异常的好奇，那你可以去研究物理。

⑶ 爱因斯坦到死都不能完成的理论是什么和什么的统一

统一场论 从相互作用是由场（或场的量子）来传递的观念出发，统一地描述和揭示基本相互作用的共同本质和内在联系的物理理论。迄今人类所知的各种物理现象所表现的相互作用，都可归结为四种基本相互作用，即强相互作用、电磁相互作用、弱相互作用和引力相互作用。
阐明自然界各种相互作用的性质和规律，本是物理学基础研究的一个极其重要的方面。而追求建立相互作用的统一理论，则是出于对物质世界的统一和谐的坚定哲学信念和要竭力探求事物内在本性的顽强欲望。A.爱因斯坦把他后半生的精力献给了这一事业。在他的深刻思想的影响下，统一场论已成为20世纪物理学的重要研究方向。
早期的（引力－电磁）统一场论研究 19世纪中叶J.C.麦克斯韦的电磁场理论统一了电的作用和磁的作用；它是历史上第一个几种相互作用的统一理论。20世纪初，爱因斯坦破除I.牛顿的引力论中超距作用观念，把场的观点引进引力理论而创立了广义相对论(1916)。其后不久，便出现了以统一引力场和电磁场为目标的统一场论研究热潮，而当时人类知道的基本相互作用只有引力作用和电磁作用。
由于在广义相对论中引力场被描述为时空的弯曲，因此，设法进一步把电磁场也和时空的其他几何属性联系起来，便成为那时统一电磁作用和引力作用的各种理论方案的中心思想。例如，H.韦耳把电磁场和时空的尺度变换相联系；T.F.E.卡鲁查和A.克莱因则把电磁势当作五维时空度规张量的部分分量；而爱因斯坦则将时空的度规或联络从对称的推广为不对称的，然后把不对称部分同电磁场联系起来。物理学的几何化，可说是早期统一场论研究的一大特色，此外，所有这些理论方案都只考虑经典场论（即宏观的引力和电磁现象），没有涉及场的量子效应。
经过大约20年的努力，所有统一电磁场和引力场的尝试都没有获得成功，但对于数学中微分几何的发展却有很大推动。随着量子论的兴起，物理学主流转入微观领域，早期统一场论的研究到30年代末渐趋衰落，只有爱因斯坦坚持不懈直至逝世。
海森伯的统一场论方案 50年代初，人们已经认识到，自然界的基本相互作用还应包括微观粒子之间的强相互作用和弱相互作用；统一场论的目标也随之扩大。那时W.K.海森伯曾提出一个非线性的旋量场方程，企图从它导出基本粒子的质量谱并解释它们的相互作用性质，但也始终未成功。
电弱统一规范理论 从50年代末起，统一场论的研究又走向高潮，这是理论和实践两方面的新的发展所致。
1954年杨振宁和R.L.密耳斯把电磁作用是由定域规范不变性所决定的观念（这原是韦耳统一场论的合理内核,不过时空尺度变换应改为带电粒子的相位变换）,推广到不可对易的定域对称群。这就揭示出规范不变性可能是电磁作用和其他作用的共同本质，从而开辟了用规范原理来统一各种相互作用的新途径。而后，实验上又弄清弱作用是普适的V-A型相互作用,和电磁作用有许多共同特点，这就促使人们开始认真考虑它们的统一问题。经过许多科学家近20年的共同努力，电弱统一理论取得了很大的成功。
现在大家接受的电弱统一理论，是一种自发破缺的规范理论。弱作用和电磁作用都是由规范原理所要求的场（即规范场）来传递的，这自然地解释了二者的共性（普适性和矢量型）。与弱作用相联系的规范对称性又是自发破缺的，通过黑格斯机制使传递弱作用的中间玻色子获得了很重（约10eV/c）的质量，这便解释了弱作用同电磁作用的差异（前者力程短、耦合弱）。自发破缺规范理论还有一大优点，即在量子化后做进行微扰计算中出现的发散困难是可重正化的。
选取不同的规范群和破缺方案，把夸克和轻子填入规范群的不同表示,可以得到不同的电弱统一模型。S.L.格拉肖、S.温伯格和A.萨拉姆提出的 SU(2)×U(1)模型，预言了弱中性流和粲数的存在及其性质，均为以后一系列的实验所证实。由于他们对电弱统一理论的重大贡献，这三位学者获得了1979年度诺贝尔物理学奖。1983年，中间玻色子W±和Z相继发现，是对电弱统一理论的重要支持。不过黑格斯粒子和黑格斯机制都尚须实验进一步予以检验。
大统一规范理论 关于强作用，目前已有一种有希望成功的理论,即量子色动力学；它是个不破缺的SU(3)规范理论。因此，从70年代中期起，很自然地在电弱统一规范理论取得成功的基础上，人们又开始了新的探索，其目标是把强作用乃至引力作用通过规范原理和电弱作用相统一。
所谓大统一理论，就是试图依照电弱统一理论的同样观念和方法（即规范场加自发对称性破缺），来实现强、电磁和弱三种相互作用的统一，不过要将规范群推广为包含子群SU(3)×SU(2)×U(1)的一个更大的单纯群〔如SU(5)、SO(10)或E(7)等〕而已。按照这种理论,各种相互作用的强度是随能量而变化的。当能量增加时，强作用逐渐变弱，而电弱作用则变强。在能量达到大约1024eV时,三种作用强度变成相等而统一为一种规范作用（由该单纯群作为规范群）。大统一规范理论有一个惊人的预言，即质子是不稳定的,它会衰变为别的粒子,其寿命估计为10年。不过，到目前为止,这个预言没有在实验上得到证实。
此外，还有人尝试把超对称性（玻色子－费密子对称性）引入大统一理论，企图解决大统一理论本身的一些问题（如规范等级问题）。不过超对称性带来的问题似乎比解决的问题更多。更有人讨论超统一（又叫做扩充超引力）理论，试图用超对称性同时把引力和其余三种相互作用在10eV的能量下实现统一。最近,为了寻找新的途径，人们又重新对卡鲁查的高维空间统一场论发生了兴趣。开始认真地考虑四维之外的其他维度的物理效应。另外还有人尝试把超对称性和高维空间结合起来，等等。所有这些把四种相互作用全统一起来的理论尝试现在都很不成熟，未能给出现实的统一方案。而且在这样的能量下，引力的量子效应已开始变得重要，而到目前为止,还没有令人满意的量子化的引力理论。可见,距离真正实现爱因斯坦的宏大设想还相当远。
总之，各种不同层次的统一规范场论，包括电弱统一和大统一规范场论，已经而且仍将是理论物理的中心课题之一。建立统一场论的理想将继续鼓舞人们不断深入地顽强探索自然的奥秘。
构成宇宙最基本要素是空间和物质，时间反映了物质运动的先后次序，它们是统一的是不可分割的，假定有限大宇宙有一个物质的中心点发生运动，宇宙空间也就会跟着运动，如果宇宙空间不跟着运动，空间、物质、时间就不是统一的，就不存在宇宙，同样，宇宙空间的运动，中心点也会随之运动。我们从这一哲学思想得到一个宇宙的基本定律，任何物质都有属于自己的空间，物质的运动会导致空间的运动，速度会随着空间的增大而减少，空间的运动也会影响物质的运动。
先看看这一基本定律能否解释一直困扰人类的宇宙难题，以太阳系为例，太阳自转，太阳周围的空间随太阳转动，九大行星只是静止在弯曲运动的空间上，运动速度是随着太阳周围的空间增大而减小，太阳以及行星相对于运动空间是不消耗能量的相对静止，符合能量守恒定律，而牛顿的理论和能量守恒定律有矛盾，星球的自转牛顿只怪上帝蹬了一脚，而实际上空间运动速度是随着太阳周围的空间增大而减小，地球落在两面运动速度不同运动空间，靠近太阳一面的空间运动速度较快，远离太阳一面的空间运动速度较慢，较快一面的速度减去较慢一面的速度，刚好等于地球的自转速度，同时对地球产生压力，整个宇宙的运动空间互相叠加，对地球的运动造成影响，同时对地球产生更大的压力，这种力就是万有引力，可见空间运动的速度差对物体产生万有引力，也就是加速度对物体产生力的过程，和牛顿定律中的力对物体产生加速度是统一的，也符合广义相对论的惯性力等效万有引力理论，也能够清晰地解释了万有引力的超距作用，这是牛顿和相对论所不能解释的问题。
事实上空间运动的速度差和空间弯曲的曲率.空间的叠加是产生所有宇宙自然力的原因，也就是统一场论，万有引力和磁力实际上是同一种力，比如电子在导线中流动产生运动空间，当两根导线电流同向时，导线之间的运动空间产生叠加，空间运动速度比导线外围的空间运动速度快，从而产生吸引力，而当两根导线电流方向不同向时，导线之间的空间运动速度相减，空间运动速度比导线外围的空间运动速度慢，从此而产生斥力，有人认为这是磁力子起作用，我们清楚地知道导线中电子运动就有磁力，电子不运动就没有磁力，难道电子运动就有磁力子，电子不运动就没有磁力子，这是不符合物质守恒定律的。统一场论可以解释宇宙一切问题，包括宇宙起源，了解宇宙运动的本质就会发现爱因斯坦宇宙运动和牛顿惯性运动是不一样的，传统上物体的运动速度是单位时间内走过的距离，当物体在引力场中或高速运动时使用牛顿力学去计算就不准确了，必须应用相对论，由于我们生活在慢速的世界很难理解宇宙，我们必须从宇宙的角度去看宇宙，而不能从人的角度去看宇宙，就可以解决所有和宇宙运动有关的问题，例如相对论认为物体在引力场中或高速运动时，物体的时间、体积、质量等参数会发生变化，为什么 ？传统上在惯性系中单位时间内从一点到另一点的速度为一，如果两点之间放入第三点，速度是不会改变的，但从宇宙的角度去看速度加快了，放入的点数越多速度越快，就如从人的角度去看单位时间内我们做的事越多，办事速度越快，宇宙运动的速度也是一样，单位时间内运动物体扫过质点的数量越多，其速度越快，相对于运动物体，这些点相对速度也越快，这说明了质量越大的天体，其相对速度也越快，和高速运动的物体产生效应是一样的，时间.体积.质量等参数会发生同样的变化。在惯性系统，由于物体运动速度很慢，空间的运动速度、时间、体积、质量等参数发生的变化很小，可以忽略不计。
《统一场论》
宇宙是由空间物质时间这几个基本元素组成，空间反应物质所在的环境，环境中的物体我们称为物质，时间是反应物质变化的连续性，而力则是物质变化的原因
首先让我们了解空间的性质，现在物理学界主要把空间分为三个维度一维二维三维四维，我们所在的空间就是其中的三维空间有三个方向所确立，而四维空间则是在三维的基础上多了一条时间轴，
让我来做个比较比如说蚂蚁是以气味感知世界的，它认为这个是界是平面的，而我们是以光的折射来建立世界的模型，所以我们认为世界是三维，那么我们那么确定我们所在的空间一定是三维世界吗，我们知道蚂蚁感知不到三维世界是因为蚂蚁感官的局限性，那我们的感官难道是万能的么，我们对外界事物90%是靠眼睛观察的，那么它没有一定的局限性么，如果光反射不了或者速度大于光那我们便观察不到了，这样的例子也到处存在着，比如引力磁场惯性黑洞，这些我们都不是靠光感知到的，也就是说我们看到的并不是三维世界，只是这个世界的一部分。
爱因斯坦说过“不存在没有物质的能量，也不存在没有能量的物质。”而在“真空”环境中压力还是存在着的，也就是说“真空”中也存在着物质，而且它们粒子结构更为基本，密度更大，光的波粒二象性也正是因为穿透不了这些粒子做的绕粒子运动，我们的宇宙也正是因为这些粒子场交织在一起所形成，它们之间并不直接影响而是带动对它们产生阻力的物质运动，就像水流带动气泡一样，所以称它们为“粒子暗流”。
我们之所以能以每秒29.79KM与地球一个轨道，在自转轨道没被甩出，光靠引力产生的重量明显不合理，而是因为“粒子暗流”带动了我们比如说夸克，再由夸克传到质子，再由质子传到原子，再由原子传到分子，再由分子带动我们，对我们产生了惯性质量，所以引力质量并不等于惯性质量，在同一惯性系物体的惯性质量并不显现，只体现引力质量，如果惯性质量等于我们的引力质量，也就是说光靠我们的体重来维持公转自转的速度，那么1秒后我们将在地球后29.79公里处，所以物质的惯性质量并不等于引力质量。
那么引力是什么呢，我们知道物体的质量决定引力的大小，而恒星与我们都是原子结构所以对我们产生压力的都是同一种粒子，而随着地表以下这种结构更为密集所以压力会把我们往下压，幸好有大气层缓冲了这种压力，地表与我们的支持力大于它对我们的压力，形成引力。所以当物质之间的压力大于它们的支持力那么引力便产生了，物体的质量与压力成正比。
那么磁场是什么呢，磁力是由电子运动产生的，我们做个假设，在水池中，有两个压力相等的乒乓球团，突然一个乒乓球团的乒乓球少了一个（正电），而另一个乒乓球团却多了一个（负电），那么水便会把这个乒乓球压到少了一个乒乓球的乒乓球团中（电子运动）当这一数量不断上生，频率不断加大，那么水便会对乒乓球转移的这一路径产生频率压强，这便是磁场，
电弱统一以成定局，而强力是将原子核保持稳定的力，所以也称核力，那么再让我们回到水池，这个水池现在成为一个立方圆而水池的压力从外到内加大，水池中有足球，网球，而足球与足球之间水的支持力大与压力，而在水池的中心，却有一个相当密集的结构其质量占水池的99.95%以上，而体积却只占这个水池的几千亿分之几，我们知道质量与压力成正比所以这便是核力，
那么以上理论能否解释黑洞呢，我们知道恒星是由大质量天体因承受不住自身的引力坍塌形成的大密度天体，那么我们知道了质量其实等于压力，所以是恒星因为质量的增大它的结构却没有变化，当恒星的结构承受不住这种压力时恒星将会破碎，有可能行成更为密集的天体，但这并不是黑洞，当恒星爆炸时因为粒子结构的破碎空间加大外部的粒子会来填充，但在恒星自旋粒子的带动行成了一个“粒子旋涡”它内部的压力从大到小，所以被它吸引的物质结构便会不断的被分解形成更基本的粒子结构，在黑洞的中心，因为这些粒子因为被黑洞分解所以不会受到黑洞的影响，便会以辐射的形式逃脱，当这个“粒子旋涡”的能量消耗代近，那么粒子将会覆盖黑洞，产生爆炸，所以黑洞并不是天体，它并不具有稳定的结构，而被吸引进的物质也并不是进如四维空间而是被分解成更基本的粒子。
一方之言 不过当人们统一四力以后面对的是更复杂的平均力 当人类了解后便可以对现在观察的现象进行解释和“预测”
物理史上有个笑话，爱因斯坦发布广义相对论不久的一次宴会上，前去采访的记者与英国物理学家爱丁顿爵士开玩笑：“听说世界上只有3个人懂广义相对论。”爱丁顿良久未答，记者问他在想什么，他答：“我在想那第三个人是谁。
也就是说当时只有2个人懂。

不过随着时间的推移，懂的人越来越多了。但是这并不意味着你看过相对论的公式，会背，会解简单的题，就是懂相对论。其实爱因斯坦也有自己的局限性。看下面这段：
相对论预言恒星可以塌缩成黑洞，但相对论的创造者爱因斯坦却始终拒绝接受，他反对说：物质不可能如此紧致。同样，爱因斯坦曾经也不接受用相对论方程推导出来的宇宙膨胀模型。

这两项推导其实都意味着，我们的宇宙并不稳定。在爱因斯坦之前，人类以为我们的宇宙永远都是稳定不变的。因此，对自己方程导出的不稳定宇宙，爱因斯坦也很担忧，他甚至试图在自己的方程上加一项常数，以确保宇宙的稳定。直到1929年，天文学家哈勃的观测证实，星系的确在离我们而去，宇宙就是在膨胀着。爱因斯坦后来承认，“宇宙项”是他一生中最愚蠢的错误。

⑷ 如何利用弦理论解决统一场论

无论如何，超弦我们只能对超弦理论弦的世界面可以看做为黎曼面，利用复分析的技术来处理。弦理论的基本特点杨振宁和米尔斯提出了崭新的统一场论

⑸ 爱因斯坦晚年研究的统一场论，到底是一种怎样的理论

其实我们完全可以这样形容我们的物理，所有的物理从某种程度上都可以概括为力学。不管是牛顿的经典力学还是量子力学，甚至于爱因斯坦提出的相对论，其实都是在探讨例，在我们生活，不管是微观世界还是宏观世界里边儿存在的关系以及它们之间的相互作用。

这里边单就一个话题拿出来都可以让一个科学家穷尽一生去研究，而爱因斯坦却想要超前完成。如果没有这三个基础的条件的话，想要搞明白统一场论几乎是没有可能的。毕竟在1955年的时候爱因斯坦就去世了，但是在当时强相互作用力并没有被人类研究通透。不过随着我们科技的发展，再加上涌现出了很多优秀的科学家，最后还是让我们发现了量子引力完善了。统一场论里边儿最后一个理论基础。不过关于统一场论的问题，想要解决依靠现在的科学还是没有办法完成。

⑹ 统一场论完成了吗霍金的大统一理论，和统一场论有关系不

霍金说，自古以来人们就一直尝试建立宇宙的统一模型，从亚里士多德到牛顿，人类对宇宙的认识走过了一段曲折的道路。牛顿的理论问世后，人们似乎认为找到了一个能解释一切自然现象的理论，所以１９世纪初，法国科学家拉普拉斯就声称：“如果我们知道某一时刻宇宙内所有粒子的位置和速度，那么我们就可以预测宇宙的未来。”

但２０世纪量子论的问世使得绝对的决定论失去了基础，因为量子论的测不准原理认为，不可能同时准确地测到一个粒子的位置和速度。后来，科学家又发现了混沌现象，即在一处很小的扰动会在另一处引起巨变。一只蝴蝶在一个地方扇扇翅膀，就可能在很远的一个地方引起大雨。这就是为什么天气预报不准确的重要原因。因此，绝对的决定论就更站不住脚了。

拉普拉斯的梦想破灭了，那么会不会出现一个新的描述整个宇宙的统一理论呢？自爱因斯坦晚年尝试建立一个能描述自然界所有力的统一场论后，很多科学家一直在追求建立一个能描述整个宇宙的大统一理论。

目前，很多科学家提出有可能存在一个能描述一切物理现象的理论，并把这一理论称为Ｍ理论，或超弦理论。中国科学院理论物理所研究员朱传界在报告会后接受新华社记者采访时解释说，Ｍ理论又称膜（Membrane）理论、矩阵（Matrix）理论、母（Mother）理论和神秘（Mystery）理论。它认为弦或者膜是物质组成的最基本单元，所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦或膜的不同振动激发态。它有可能将２０世纪创立的两大基础理论广义相对论和量子力学完美地结合起来。

他阐述了哥德尔不完备性定理。这一定理是数学家库尔特·哥德尔１９３１年证明的。它指出，在任何公理化形式系统中，总存留着在定义该系统的公理的基础上既不能证明也不能证伪的问题。也就是说任何一个理论都有解决不了的问题。尽管自爱因斯坦之后科学家又发现了很多自然界的基本特征，提出了一些新理论，但霍金毫不客气地指出，目前我们关于宇宙的所有理论“既不协调，又不完善”。这说明在物理学领域，很可能存在类似哥德尔不完备性定理的规律。因此他认为，不太可能建立一个单一的能协调和完善地描述整个宇宙的理论。

⑺ 爱因斯坦的统一论与相对论是否有关系统一论是否完成

爱因斯坦晚年一直在寻找一个万物理论，希望此理论可以解释宇宙间的一切现象一次一劳永逸的结束人类几千年的智力探索，但他没找到，失败了许多次。统一论与相对论没什么关系，万物理论也没有完成，目前四种自然力还没有令其结合的理论，只融了三种。现在万物理论的候选者只有一种理论，即M理论

⑻ 谁能给我解释下统一场论

80年代中期，超弦理论的研究取得了突破性进展。众多的理论物理学家加入到了超弦理论研究的行列。不少人在不同程度上相信，自从发现自然界存在四种相互作用以来终于首次获得了一种量子理论能统一描述所有的基本粒子及它们之间的这四种相互作用，而且不存在通常的大统一场论所无法避免的各种困难。但是也有一些着名的物理学家告诫人们，超弦理论的方向严重地背离了物理学的宗旨从而有可能贻误年轻一代学生，因为尚不存在任何关于超弦理论的实验证据，而且他们认为永远也不会有这方面的实验证据。目前，尽管这种争论仍在继续，但人们更多地采取务实的态度，希望让事实来说话。无论如何，超弦理论做为一种理论模型为我们探索自然界提供了一种新的思路，从这个意义上讲，它的影响也许会比所预料的要深远的多。

这里我们只能对超弦理论做一个非常简短的介绍并指出尚待解决的困难。关于超弦理论的详细论述需要高深的现代数学。事实上，超弦理论的发展带动了这些新的数学分支的发展并且使得粒子物理理论、量子引力理论和某些新兴现代数学理论有机地融合在一起。

在超弦理论之前，人们按照传统的点粒子场论来处理引力的量子化理论，这种方法不可避免地要产生无法重整化的发散。问题主要来自引力理论在非常小的尺度下的奇异量子行为。在10-35米的小尺度上，粒子的引力(Schwarzschild)半径变得与康普顿(Compton)半径相当的时候，真空态中充满了虚的黑洞。所以，在关于引力的点粒子场论方案中，时空本身在普朗克尺度将开始塌陷。超引力理论的引入并没有能够扭转局面。将超对称定域规范化，就会自动地得到一个包含引力在内的理论。这是因为洛伦兹群的定域化势必导致坐标架的局域化及广义坐标变换下的协变性，而按照爱因斯坦的等效原理，这完全等效于考虑了引力的效应。一般而言，超对称的引入会减弱点粒子量子场论的无穷大发散行为。在定域化之前，超对称使得人们头一次有可能构造一个无需重整化就已经是有限的规范理论。但是希望通过定域规范化同样得到一个有限的量子引力理论的设想并没有能够实现。由于普朗克尺度下真空的涨落，点粒子的超引力理论存在无法重整化的发散。

弦理论之不同于传统的量子场论在于假定物质的基本结构不是点粒子而是弦—一条一维的曲线。它的特征尺度是由普朗克长度LP和普朗克质量MP代表

在这样的尺度下，弦理论与点粒子理论明显不同，但在较大的尺度或更低的能量标度下，由于人们“感觉”不到物质基本单元的这种弦结构，于是可以近似地用点粒子理论。正是由于这种弦结构存在于如此小的尺度(或等价为极高的能量标度)，所以人们担心或许永远无法证实弦理论。按现在的水平即使每10年增加一个数量级我们也至少要等上200年才可能在实验室的加速器上达到普朗克能量标度。但是，普朗克能标是与任何包含引力的统一理论相联系的，所以人们相信超弦理论的特点一定会在低得多的能量尺度下有所反映，正如SU(5)大统一场论会有相应的低能有效理论一样。超弦理论的低能有效理论应该和目前人们在这个能标下的正确理论——标准模型有基本相同的行为并且可以克服标准模型现有的困难。事实上，下面我们将看到，超弦理论距离达到这个目标还有相当漫长的路程。

正如本书粒子物理部分指出的，标准模型取得了巨大的成功，但是也存在不少的问题。人们期望这些问题将由一些更基本的原理来回答。所以对于标准模型的扩充一直是人们关注的事情，何况标准模型并不完全——它没有包括引力。大统一、超对称以及额外的空间自由度这些概念是人们在对标准模型的扩充中发展起来的。尽管这些概念能够在通常的规范场论中实现，但是它们全部可以自然地吸收进弦理论中。

弦理论最初出现在粒子物理中是在60年代后期。当时维涅吉阿诺(G.Venezi-ano)，南部等人提出弦模型，用来解释实验上发现的强子共振态质量和自旋的如图3.12的关系。它称为雷吉(Regge)轨迹。该模型认为强子如介子由一个夸克和一个反夸克通过色力束缚而成，可以形象地用夸克和反夸克之间的色力线代表。由于色力很强，这些色力线在胶子一胶子作用下形成管状并且携带有能量。夸克的质量与之相比可以忽略，于是强子的质量主要来自这个色力线构成的管。好比橡皮筋两端系着小球，如果橡皮筋粗壮有力，而小球很轻的话，人们就容易只感觉到橡皮筋而忽略了小球的存在。将强子的质量分布在弦上可以算出质量与自旋的关系。刚好解释雷吉轨迹。但是同时预言存在一个质量为零自旋等于2的粒子。强子谱中并没有这样的粒子。70年代中期标准模型的成功，弦模型已被遗弃时，舍科和施瓦兹指出若把这个自旋2的零质量粒子用来描写引力场的量子—引力子，则弦的延展性或许将有助于克服以往的引力量子理论中存在的发散。1984年格林和施瓦兹沿这个方向推进了一大步，构造了一种特殊的弦模型，它具有时空的超对称，因而称为超弦理论。当时空维数等于10，内部对称群为SO(32)时，这个理论不存在反常。

人们或许会问为什么只考虑弦这样的延展客体而不考虑维数更高的如二维膜的理论，事实上，构造延展客体的量子理论，使之满足所要求的幺正性、微观因果性并不是轻而易举的事。对于一维弦人们找到了构造量子理论的方案，而且其经典解的粒子谱包含有一个自旋为2的零质量粒子，它们在相互作用中的确满足广义协变性从而自然地包含了引力。所有这些可以说是值得十分庆幸的。但可惜的是这些特性并不能推广到高维的客体。

弦有两种基本的拓扑结构：开弦和闭弦。开弦是两端自由的线段而闭弦是首尾相接的闭合环。弦运动的各种简正模式的量子激发给出了基本粒子谱。这些激发可以有弦的振动和转动自由度，对应到粒子谱上，反映为粒子存在各种内部自由度。在弦理论中，所有的基本粒子都是一个基本弦的不同运动模式而已。弦的运动态中低于普朗克能量的态数目是有限的，对应为可观测的粒子。那些质量与普朗克能量相当或是高于普朗克能量的模式有无穷多，它们很可能是不可观测的。一般说来，它们是不稳定的，会衰变为更轻的模式。

目前知道的有三类自洽的超弦理论。第一类是关于不定向的开弦或闭弦的理论。另外两类基于定向的闭弦，它们的区别在于内部对称群不同。其中一种称为第二类超弦理论；而剩下的那种称为异常弦理论。这三类超弦理论中不存在任何可调的无量纲参数或是其它的任意性。所以，除了这三种选择外，几乎得到了一个完全唯一的包含引力在内的量子理论。现在人们希望进一步缩小候选者的范围。如果能够证明其中两类是等价的而另一类是不自洽的，那末就只有唯一的理论来解释整个基础物理了。这是当前弦理论研究的任务之一。另外，只有正确的方程是不够的。是方程的解提供了对自然现象的数学描述。一般地，人们先研究最低能量和较低能量的量子态。一个理论很有可能存在不只一个基态，在这种情况下就要根据实验数据来做出选择。对于弦理论情况正是如此。

弦理论的构造与点粒子的情况是类似的。量子场论的微扰展开处理中点粒子的相互作用是由费曼图表示的。点粒子的运动在时空中划出的轨迹称为世界线。世界线的交汇或分开代表了粒子的相互作用。在给定初末态的情况下把所有可能的图的贡献加起来就得到过程的完全几率振幅。可以按照拓扑性质对图进行分类。某个特定拓扑性质的贡献由一个有限维的积分给出。这个积分通常是发散的，但是对于可重整化的理论有办法从中得出有限的结果。弦在时空中运动的轨迹是一个二维面，称为世界面。相应的费曼图是有确定出态和进态的二维曲面。由于相对论的要求，弦的形状不可能是固定的(刚体是不存在的)，因而世界面的拓扑性质才是有意义的。对于第二类超弦理论和异常弦理论，存在单一的基本相互作用顶角。它的费曼图如图3.13所示。这类图称为裤子图。代表T1时刻的平面与裤子相交，可以看到有两个闭弦。T2时刻的平面与裤子相交就只有一个闭弦了。很显然，在中间某时刻两个闭弦彼此靠近最后合二为一了。由一个闭弦分解为两个闭弦的逆过程也是允许的。

裤子图所描写的相互作用与点粒子理论中的相互作用在基本的方面存在差异。图3.14中画有点粒子相互作用顶角和弦作用的裤子图。在什么时刻两个粒子变成一个粒子了呢？我们用两根虚线分别代表两个不同的观察者所处的洛伦兹坐标系中的等时线t和t′。可以看到相互作用发生的时空点对于不同的观测者是重合的，换句话说，有唯一的相互作用点。相反地，在弦理论的裤子图中相互作用点为等时面与世界面的切点，它因观测者的不同而不同。对于点粒子的相互作用顶角，作用点的唯一性是“流形”奇异性的体现。各种选择都是允许的，这也是为什么普通的量子场论在构造上存在如此多的自由度的部分原因。弦理论的世界面是平滑的流形，并不存在特殊的点。相互作用完全是曲面的拓扑性质的原因正在于此。这样一来，相互作用的性质就完全由自由理论的结构所决定了。

弦的世界面可以看做为黎曼面，利用复分析的技术来处理。弦理论的基本特点在于由共形映射z→f(z)联系起来的世界面是等价的，其中z是复坐标。所以在对各种构形的贡献求和时只考虑那些共形变换下不等价的世界面。幸运的是，对于每种拓扑构形，其共形不等价类由有限的参数标志，相应的费曼积分是有限维的。对于第二类和异常弦理论而言，费曼图的拓扑分类特别简单。它们由一个称为亏格数的整数来区别。亏格数代表了从球面上连出来的手柄个数(见图3.15)。初末态弦由黎曼画上的黑点代表，它们共形等价于延伸到无穷远的管。可以看到，亏格数对应为微扰展开中的圈数。弦理论的一个显着特点是，对于微扰展开的每一阶只有唯一的费曼图，而在普通的量子场论中往往会有很多的费曼图。由于这个性质，人们可以利用弦理论的方法更方便地将量子色动力学中的复杂计算大大简化。不但如此，弦理论中与图相对应的积分的收敛性质也要好得多。亏格大于1的费曼图的计算仍未解决，这涉及到黎曼面理论、代数几何甚至数论的前沿研究。但是，有迹象表明所有的发散都是我们已经了解并能够处理的类型。例如，任何含零质量粒子的理论都会存在红外发散。我们已经知道如何处理它们。更为重要的是，弦理论中不存在那些导致理论无法重整化的发散。

为什么对于广义相对论进行的量子修正会导致无法重整化的发散，而在低能情况下与广义相对论等效的弦理论却是可重整化的呢？这似乎是矛盾的。事实上，弦理论可重整的主要原因在于普朗克尺度下其行为不同于点粒子场论。特别是弦的那些质量等于或大于普朗克能量的运动模式，它们对应粒子谱中无穷多的粒子。这些粒子做为虚粒子对于散射过程中间态的贡献很巧妙地相互抵消从而改善了费曼积分的紫外行为。这种情况类似于中间玻色子对于四费米子理论的作用。

超弦理论的基本原理的发展以及对于它们的更为几何化的描述已经吸引了一大批人为之付出了不懈的努力。把它的发展与当初广义相对论的情形做个比较将会是富有启发性的。爱因斯坦建立了具有深远意义的等价原理和广义协变性，随后又找到了实现这些原理的恰当的数学语言——黎曼几何。这导致了相应的动力学方程以及对实验的预言。这些预言许多已得到证实。在弦理论中，可以说我们得到了方程却还没有找到做为广义坐标变换和等效原理的推广的那些基本原则。这样的原则一定是存在的，因为广义相对论是弦理论的低能等效理论。无论这些基本原则究竟会是什么样的，它们很有可能要求一种新的几何，或许是黎曼几何在无穷维的推广。当然现在要弄清这些还为时尚早。对于超弦理论的研究仍在继续，但期望很快就能得到所要的基本原理是不现实的。或许要经过几代人的艰辛工作才可能得到满意的答案。毫无疑问这方面的研究需要数学的进展，同时今后一、二十年里的实验结果也将有助于我们新观念的形成。

⑼ 爱因斯坦晚年的统一场统为什么不能解决

爱因斯坦的后半生一直从事寻找大统一理论的工作,即被称为二十世纪二十个科学之迷的统一场论，是企图把自然界中的电磁、引力、弱、强等各种互相作用力统一起来的理论，不过这项工作没有获得成功.
在完成一系列重要理论之后,特别是质能方程完成后,爱因斯坦一直在试图将强和弱相互作用里统一为一种力的概念.
不过据说爱因斯坦晚年确实研究过宗教,而且同样的牛顿晚年也在致力于证明上帝的存在
可见即使科学发展今天,还是有好多事情没有在搞懂