基礎物理學中的十個頂級問題

基礎物理學中的十個頂級問題第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五基礎物理學中的十個頂級問題所有刻畫自然界的無量綱參數(shù)是原理上可計算的呢，還是有些僅僅是由歷史或是量子力學的偶然因素確定而不可計算的？量子引力如何能幫助解釋宇宙的起源？質子的壽命是多長？我們如何解釋之？自然界是超對稱性的嗎？如果是，超對稱如何破缺？為什么宇宙看來只有一個時間和三個空間維數(shù)？為什么宇宙常數(shù)會有它有的值？這個值是零嗎?它是常數(shù)嗎?M-理論的基本自由度是什么？這一理論確實描述自然界嗎？黑洞的信息佯謬如何解決？引力尺度和基本粒子的典型質量尺度之間的巨大差異是由什么物理解釋的？我們能定量地解釋量子色動力學中的夸克膠子的禁閉和質量間隙(massgap)的存在嗎？（值一百萬美圓）第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題一所有刻畫自然界的無量綱參數(shù)是原理上可計算的呢，還是有些僅僅是由歷史或是量子力學的偶然因素確定而不可計算的？第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題二量子引力如何能幫助解釋宇宙的起源？第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題三質子的壽命是多長？我們如何解釋之？第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題四自然界是超對稱性的嗎？如果是，超對稱如何破缺？第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

標準模型的外推相互作用強度ENERGY1012evLHC統(tǒng)一點強相互作用弱相互作用電磁相互作用1028ev現(xiàn)在的觀測范圍引力普朗克尺度超對稱第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五xt超空間第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題五為什么宇宙看來只有一個時間和三個空間維數(shù)？第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五在任何一個包含引力的理論中，時空的大尺度結構是一個動力學的問題。在超弦理論中，有9個或10個空間維度:M4CY6或者我們是生活在膜上：為什么只有一個時間維度？6個或7個是緊的：第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題六為什么宇宙常數(shù)會有它有的值？這個值是零嗎?它是常數(shù)嗎?第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題七M-理論的基本自由度是什么？這一理論確實描述自然界嗎？第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五MIIAIIBE8xE8雜化弦

SO(32)雜化弦?I低能時是11維超引力T對偶g

g

N=4D=4SUSYMN=16SUSYQM五種超弦理論、M理論之間的關系第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題八黑洞的信息佯謬如何解決？第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五黑洞的熵D膜黑洞熵=面積/GNBekenstein-Hawking公式=Log(N)N=簡并態(tài)的數(shù)目

Strominger-Vafa弦第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題九引力尺度和基本粒子的典型質量尺度之間的巨大差異是由什么物理解釋的？第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五問題十我們能定量地解釋量子色動力學中的夸克膠子的禁閉和質量間隙(massgap)的存在嗎？（值一百萬美圓）第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

大N展開和弦理論方法：在大N色極限下求解QCD

N=色的數(shù)目(3)

Ng2

固定

無相互作用的強子譜。偶合常數(shù)~1/N強子類弦理論這一問題能從我們對超弦理論的了解中受益，也能對我們了解超弦理論做出貢獻。介子膠球第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五超弦理論（現(xiàn)在的）超弦理論是一個將現(xiàn)有的基本理論做既保守又激進的改造后得到的理論，也就是：

粒子-->弦， 保持所有其它基本的物理原理不變。粒子弦相互作用的粒子：eeppg相互作用的弦：第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五弦相互作用粒子：ABC相互作用點弦：ABC褲子圖弦相互作用是拓撲唯一的。時間時間第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五弦理論的成就

一個邏輯上自恰的現(xiàn)有物理理論的革命性的推廣物理學的革命

一個自恰的和有限的量子引力理論

一個結構豐富并可能給出唯一的有關真實世界的可易理解的描述(一個包羅萬象的理論)相對論C光速量子力學h作用量量子弦理論?G譜朗克長度第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五向統(tǒng)一理論邁進超弦的量子振動給出：標準模型和引力的粒子譜和相互作用：e,W,Z,….g但是，要真正給出標準模型，我們必須了解：緊致化&

超對稱破缺第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五引力的量子理論弦理論證明了量子力學和廣義相對論是相互自恰的。

(至少對弱引力場)弦理論為我們提供了探索由強引力引起的諸多疑難的工具。黑洞的命運 已經解釋了黑洞的熵

有可能幫助我們解釋宇宙的起源弦理論告訴我們：我們關于時空的觀念必須徹底改變。第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五弦理論的現(xiàn)狀類似1925年前的量子理論！量子理論1898 1913 1925普朗克愛因斯坦實驗玻爾模型舊量子論量子力學有時是成功的但是是?(量子力學)的adhoc半經典近似。實驗只起小的作用。弦理論1968 1984 20??對偶共振模型“舊弦理論”實驗，標準模型?基本的自由度是什么？基本的對稱性是什么？基本的動力學原理是什么？第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五21

世紀中的三個(可能的)觀念上的變革時空的本性宇宙的初始條件運動學和動力學的統(tǒng)一第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五IIA

理論在10-d維空間中 M理論在11-d維空間中

l<<1

l1弦緊致在

M1上

???時空觀念的變革—I

改變空間的維數(shù)在超弦理論中，我們可以：

連續(xù)地撕裂空間結構(拓撲不相同)弦緊致在

M2上第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五R=對偶等價于1/R弦在高能時膨脹

弦測不準原理

將空間體積壓縮到大小為0時空觀念的變革—II在超弦理論中，我們不可以：

分辨越來越小的距離第三十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五我們能構造一個最終的理論嗎？或許吧。那這就是物理學的終結嗎？絕對不是！第三十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五REDUCTIONISM

TOE

(StringTheory?)GRAVITY QCD ELECTROWEAKATOMICSTRUCTURENUCLEARSTRUCTURECOSMOLOGYCONDENSEDMATTERCHEMISTRYBIOLOGYSTELLARSTRUCTURESTRUCTUREOFTHEUNIVERSECLASSICALMECHANICSOFATOMSANDMOLECULESFLUIDMECHANICSMICROMACRO第三十四頁，共三十五頁，編