學(xué)霸的科幻世界 第一百八十五章

M理論最重要的一點(diǎn)就是在超弦理論的基礎(chǔ)上，加入了對(duì)非微擾弦的研究。

非微擾弦理論除了一維弦以外，還包括兩維膜、三錐體等高維客體（統(tǒng)稱為膜）。

在龐學(xué)林和威滕正式開始研究M理論之前，國(guó)際物理學(xué)界普遍認(rèn)為，超弦理論與空間維數(shù)大于一的超膜是不同的兩種理論，兩者之間并沒有什么必然聯(lián)系。

但隨著龐學(xué)林和威滕對(duì)非微擾弦理論展開研究之后，他們便發(fā)現(xiàn)，在統(tǒng)一量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的基礎(chǔ)上，不僅可以將一維弦和其他超膜聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)也將其他超膜統(tǒng)一在了同一個(gè)理論框架內(nèi)。

這些超膜作為該理論的統(tǒng)一動(dòng)力學(xué)客體，特別是當(dāng)弦的相互作用較大時(shí)（即弦在非微擾區(qū)域），這些高維膜的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)比一維弦還要來(lái)的重要。

這也從一定程度上證明了為什么微擾弦不能給出完整的低能物理理論框架，因?yàn)樗雎粤烁又匾母呔S膜的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。

因此，這半年來(lái)，龐學(xué)林和威滕，一直在通過龐氏幾何，建立起五種不同超弦理論之間的對(duì)偶關(guān)系。

這種對(duì)偶主要分為兩類，一類為S對(duì)偶，另一類為T對(duì)偶。

所謂對(duì)偶，本質(zhì)上是數(shù)學(xué)概念，定義如下：若兩邏輯式相等，則它們的對(duì)偶式也相等。

在這里，它是指兩種看起來(lái)不同的物理理論之間，實(shí)際上存在著某種程度的等效效應(yīng)。

S對(duì)偶，指的是一種微擾弦理論中的強(qiáng)相互作用粒子集，在某些個(gè)案下可被視為另一套完全不同理論中的弱相互作用粒子集。

T對(duì)偶，就是在半徑為R的圓環(huán)中傳播的弦與半徑為1/R中環(huán)狀中傳播的弦等效。

他們發(fā)現(xiàn)，I型弦理論在S對(duì)偶下與SO（32）雜化弦理論等效。

IIA型弦理論，在T對(duì)偶下與IIB型弦理論等效。

通過五種弦理論以及十一維超引力之間的各種對(duì)偶以及等價(jià)關(guān)系，即可以將五種弦理論統(tǒng)一起來(lái)。

這五種弦理論，每一種都是M理論不同的極限個(gè)案所產(chǎn)生的結(jié)果。

這便是威滕在現(xiàn)實(shí)世界中提出的M理論，并引發(fā)了第二次超弦革命。

M理論揭示了相互作用以及時(shí)空的本質(zhì)，暗示了它們的非基本性。

特別是，該理論預(yù)言了額外維和超對(duì)稱性的存在，首次為一些黑洞熵提供了微觀解釋。

但是，在建立M理論的過程中，龐學(xué)林和威滕也發(fā)現(xiàn)了其中存在的一些問題。

第一個(gè)就是真空問題。

M理論中存在著各種真空態(tài)，給予數(shù)學(xué)上的計(jì)算，他們保守估計(jì)，至少存在著10500這樣的真空解。

而且每一種真空解的物理常數(shù)和宇宙學(xué)常數(shù)都不一樣。

而近期的宇宙學(xué)觀察結(jié)果表明，地球所在的宇宙有一個(gè)小的正宇宙常數(shù)，它支配著目前宇宙加速膨脹，并構(gòu)成了宇宙中的主要物質(zhì)（暗物質(zhì)和暗能量）。

如何從眾多的真空解中，找到現(xiàn)有宇宙的真空解，并給予第一性原理解釋，是M理論需要回答的問題。

其次，M理論還需要回答暗能量的來(lái)源以及本質(zhì)。

根據(jù)龐學(xué)林的計(jì)算，目前通過M理論，可以給出早期宇宙暴漲的宇宙學(xué)模型，甚至直接計(jì)算出了宇宙極早期的張量擾動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)量擾動(dòng)。

這一點(diǎn)，與最新的宇宙學(xué)觀察結(jié)果相符。

但具體到暗能量和暗物質(zhì)上，目前暫時(shí)還沒辦法給出合理的解釋。

第三，他們?cè)谟?jì)算中還發(fā)現(xiàn)，在如何解釋量子色動(dòng)力學(xué)中的強(qiáng)耦合行為上，如量子色動(dòng)力學(xué)真空性質(zhì)，高溫條件下夸克膠子等離子體性質(zhì)等等，M理論也存在著一定的困難。

對(duì)于前兩個(gè)問題，龐學(xué)林和威滕都沒有做過多的研究。

他們都很清楚，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和天文觀測(cè)下，這兩個(gè)問題暫時(shí)沒辦法取得進(jìn)一步突破。

但是在第三個(gè)問題上，龐學(xué)林和威滕卻出現(xiàn)了分歧。

“龐，我們的M理論已經(jīng)相當(dāng)完美地把五種弦理論和十一維超引力統(tǒng)一起來(lái)了，雖然我們還沒辦法肯定我們的理論完全正確，但是這些天衣無(wú)縫的對(duì)偶關(guān)系以及該理論之間的其他美妙關(guān)系，足以證明，我們?cè)诖蠓较蛏蠜]什么問題……”

別墅的小露臺(tái)上，威滕正一邊喝著茶，一邊對(duì)龐學(xué)林笑著說(shuō)道。

這半年來(lái)的研究，比他想象得還要順利。

特別是利用龐氏幾何建立起的各種對(duì)偶關(guān)系，非常巧妙地將不同的微擾弦理論聯(lián)系了起來(lái)。

威滕敢肯定，這項(xiàng)成果一旦提出來(lái)，肯定會(huì)在物理學(xué)界引發(fā)轟動(dòng)。

如果不是現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件無(wú)法對(duì)這一理論進(jìn)行驗(yàn)證，這一理論在物理史上的意義，足以媲美愛因斯坦的相對(duì)論以及由馬克思·普朗克、尼爾斯·玻爾、沃納·海森堡、埃爾溫·薛定諤等人共同建立起的量子力學(xué)。

但就在他認(rèn)為可以撰寫論文，向物理學(xué)界展現(xiàn)這一偉大成果時(shí)，龐學(xué)林卻提出了反對(duì)。

“威滕教授，我覺得我們不用這么著急。”龐學(xué)林道，“按照我之前的計(jì)算，M理論是可以解釋量子色動(dòng)力學(xué)中的強(qiáng)耦合行為的，但現(xiàn)在卻沒辦法解釋，我們肯定還漏掉了什么。”

事實(shí)上這不僅是計(jì)算中的結(jié)果，現(xiàn)實(shí)世界中，龐學(xué)林學(xué)習(xí)材料學(xué)、化學(xué)的過程中，也曾學(xué)過量子色動(dòng)力學(xué)。

他記得很清楚，在現(xiàn)實(shí)世界，量子色動(dòng)力學(xué)中的強(qiáng)耦合問題已經(jīng)被解決了，并且在凝聚態(tài)物理學(xué)、材料學(xué)等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

威滕笑道：“龐，我們目前取得的成果已經(jīng)相當(dāng)完美了，就算還有一些對(duì)偶關(guān)系沒有被我們找出來(lái)，但足以支撐起現(xiàn)有的理論框架體系，我們沒必要繼續(xù)吹毛求疵吧。”

龐學(xué)林微微一愣，眼睛忽的一亮，說(shuō)道：“威滕教授，你剛才說(shuō)什么？”

威滕道：“沒必要繼續(xù)吹毛求疵吧。”

“不，是上一句。”

“上一句？我們的成果已經(jīng)非常完美了，就算還有一些對(duì)偶關(guān)系沒被我們找出來(lái)……”

“對(duì)，就是對(duì)偶關(guān)系！”

龐學(xué)林一拍手掌，說(shuō)道：“威滕教授，這樣吧，你要不先把論文寫出來(lái)，我繼續(xù)在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上研究，你看怎么樣？”

“行吧！”

威滕猶豫了片刻，點(diǎn)頭道。