弦理論是理論物理學(xué)上的一門學(xué)說。弦理論用一段段“能量弦線”作最基本單位以模擬世界上所有物質(zhì)結(jié)構(gòu)，大至星際銀河，小至電子、質(zhì)子及夸克一類的基本粒子都由這一維的“能量線”所組成。中文文獻上，一般寫作“弦”或“絃”。
較早時期所建立的粒子學(xué)說則是認為所有物質(zhì)是由零維的點粒子所組成，也是目前廣為接受的物理模型，也很成功的解釋和預(yù)測相當(dāng)多的物理現(xiàn)象和問題，但是此理論所根據(jù)的粒子模型卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來，弦理論的基礎(chǔ)是波動模型，因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學(xué)說不只是描述弦狀物體，還包含了點狀、薄膜狀物體，更高維度的空間，甚至平行宇宙。值得注意的是，弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的準(zhǔn)確預(yù)測，關(guān)于這一點，以下內(nèi)文會說明。
目錄 [隱藏]
1 發(fā)展歷史
2 弦理論
2.1 弦理論與超弦理論
2.2 弦理論與大一統(tǒng)理論
2.3 額外維
2.4 D-膜
3 物理或是哲學(xué)
4 問題與爭論
5 相關(guān)主題
6 資料來源
7 參考出處
8 外部鏈接
[編輯] 發(fā)展歷史
弦理論的雛形是在1968年由Gabriele
Veneziano發(fā)現(xiàn)。他原本是要找能描述原子核內(nèi)的強作用力的數(shù)學(xué)函數(shù)，然后在一本老舊的數(shù)學(xué)書里找到了有200年之久的Β函數(shù)（Euler Beta
Function），這函數(shù)能夠描述他所要求解的強作用力。不久后李奧納特·蘇士侃發(fā)現(xiàn)，這函數(shù)可理解為一小段類似橡皮筋那樣可扭曲抖動的有彈性的“線段”.這在日后則發(fā)展成“弦理論”。
雖然弦理論最開始是要解出強作用力的作用模式，但是后來的研究則發(fā)現(xiàn)了所有的最基本粒子，包含正反夸克，正反電子，正反微中子等等，以及四種基本作用力“粒子”（強、弱作用力粒子，電磁力粒子，以及引力粒子），都是由一小段的不停抖動的能量弦線所構(gòu)成，而各種粒子彼此之間的差異只是這弦線抖動的方式和形狀的不同而已。
[編輯] 弦理論
[編輯] 弦理論與超弦理論
另外，“弦理論”這一用詞所指的原本包含了26維的玻色弦理論，和加入了超對稱性的超弦理論。在近日的物理界，“弦理論”
一般是專指“超弦理論”，而為了方便區(qū)分，較早的“玻色弦理論”則以全名稱呼。1990年代，受弦對偶的啟發(fā)，愛德華·維頓猜想存在一11維的M理論，他和其他學(xué)者找到強力的證據(jù)，顯示五種不同版本的十維超弦理論與十一維超重力論其實應(yīng)該是M理論的六個不同極限。這些發(fā)現(xiàn)帶動了第二次超弦理論革新。
[編輯] 弦理論與大一統(tǒng)理論
弦理論會吸引這么多注意，大部分的原因是因為它很有可能會成為大一統(tǒng)理論。弦理論也可能是量子引力的解決方案之一。除了重力之外，它很自然的成功描述了各式作用力，包含了電磁力和其他自然界存在的各種作用力。超弦理論還包含了組成物質(zhì)的基本粒子之一的費米子。至于弦理論能不能成功的解釋基于目前物理界已知的所有作用力和物質(zhì)所組成的宇宙，這還是未知數(shù)。至今研究員仍未能找到一個弦論模型，其低能極限為標(biāo)準(zhǔn)模型。
[編輯] 額外維
[編輯] D-膜
D-膜 是開弦能終結(jié)的地方。 D-膜是時空之一子流形，開弦的終點在其上遵守 Dirichlet 邊界條件，故稱“D膜”。
研究員稱D膜的動力學(xué)為“矩陣理論”（M理論)，是為“M”字之一來源。
[編輯] 物理或是哲學(xué)
在未獲實驗證實之前，弦理論是屬于哲學(xué)的范疇，不能完全算是物理學(xué)。無法獲得實驗證明的原因之一是目前尚沒有人對弦理論有足夠的了解而做出正確的預(yù)測，另一個則是目前的高速粒子加速器還不夠強大。
科學(xué)家們使用目前的和正在籌備中的新一代的高速粒子加速器試圖尋找超弦理論里主要的超對稱性學(xué)說所預(yù)測的超粒子。但是就算是超粒子真的找到了，這仍不能算是可以證實弦理論的強力證據(jù)，因為那也只是找到一個本來就存在于這個宇宙的粒子而已，不過這至少表示研究方向是正確的。
物理中未解決的問題: 是否存在一個精確描述宇宙中萬物的弦理論真空？它是否能以低能量數(shù)據(jù)一一地確定？
[編輯] 問題與爭論
雖然歷史上弦理論是物理學(xué)的一個分支，仍有一些人主張弦理論目前不能被實驗的情況，意味著它應(yīng)該（嚴格地說）被更多地分類為一個數(shù)學(xué)框架而非科學(xué)。一個有效的科學(xué)理論，必須通過實驗與觀察，并被經(jīng)驗地證明。物理學(xué)家們主張要通過一些實驗途徑去證實弦理論。[1]
一些科學(xué)家希望借助歐洲核子研究委員會（CERN，Conseil European Pour Recherches
Nucleaires）的大型強子對撞機，獲得相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)。盡管許多科學(xué)家相信，任何關(guān)于量子引力的理論都需要更高數(shù)量級的能量來直接探查。[2]此外，被普遍認同的弦理論擁有非常多等可能性的解決方案。[3]因此，一些科學(xué)家主張弦理論或許不是可證偽的，并且沒有預(yù)言的力量。[4][5][6][7]
由于任何弦理論所作出的，那些與其他理論都不同的預(yù)測都未經(jīng)實驗證實的，它的正確與否尚待驗證。為了看清微粒中弦的本性所需要的能量級，要比目前實驗可達到的高出許多。弦理論具有很多數(shù)學(xué)興趣的特性（features
of mathematical interest）并自然地包含了標(biāo)準(zhǔn)模型的大多數(shù)特性，比如非阿貝爾群與手性費米子（chiral
fermions）。因為弦理論在可預(yù)知的未來可能難以被實驗證明，一些科學(xué)家[8] 問，弦理論甚至是否應(yīng)該被叫做一個科學(xué)理論。它現(xiàn)在還不能在波普爾的意識（the
sense of Karl Popper）中被證偽。但這也暗示了弦理論更多地被看做建設(shè)模型的框架。在同樣的形式中，量子場論是一個框架。[9]
弦理論的思想為物理學(xué)帶來了一個建議上超越標(biāo)準(zhǔn)模型的巨大影響。例如，雖然超對稱性是組成弦理論的重要一部分，但是那些與弦理論沒有明顯聯(lián)系的超對稱模型，科學(xué)家們也有研究。因此，如果超對稱性在大型強子對撞機中被偵測到，它不會被看做弦理論的一個直接證明。然而，如果超對稱性未被偵測出，由于弦理論中存在只有以更加更加高的能量才能看出超對稱性的真空，所以它的缺乏不會證明弦理論是錯誤的。相反，如果日食期間觀測到太陽的引力未使光按預(yù)測的角度偏轉(zhuǎn)，那么愛因斯坦的廣義相對論將被證明是錯誤的。（廣義相對論當(dāng)然已被證明是正確的。）
在更數(shù)學(xué)的層次上，另一個問題是，如同很多量子場論，弦理論的很大一部分仍然是微擾地（perturbatively）用公式表達的（即為對連續(xù)的逼近，而非一個精確的解）。雖然非微擾技術(shù)有相當(dāng)大的進步——包括猜測時空中滿足某些漸進性的完整定義——一個非微擾的、充分的理論定義仍然是缺乏的。
物理學(xué)中，弦理論有關(guān)應(yīng)用的一個中心問題是，弦理論最好的理解背景保存著大部分從時不變的時空得出的的超對稱性潛在理論：目前，弦理論無法處理好時間依賴與宇宙論背景的問題。
前面提到的兩點涉及一個更深奧的問題：在弦理論目前的構(gòu)想中，它可能不是真正基礎(chǔ)的，因為弦理論對背景的依賴——它描述的是關(guān)于固定時空背景的微擾膨脹。一些人把獨立背景（background
independence）看做對于一個量子引力理論的基礎(chǔ)要求；自從廣義相對論已經(jīng)是背景獨立的以來，尤其如此。
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