研究領域介紹－弦論String Theory

賀培銘

大綱

1. 什麼是近代物理？什麼是高能物理？什麼是弦論？

2. 為什麼要研究弦論？弦論是正確的嗎？

3. 弦論和其他科學有什麼關係？4. 弦論之後是什麼？

1. 什麼是近代物理？什麼是高能物理？什麼是弦論？

• 什麼是近代物理？• 量子力學（包含量子場論）• 相對論（包含狹義與廣義相對論）

• 我們需要量子力學來描述小尺度的世界。

小尺度的世界

參考資料：• http://www.pbs.org/wgbh/nova/elegant/

• 優雅的宇宙 B. Greene (Nova/PBS)

測不準原理

•測不準原理（海森堡）：x p h

x = 一個粒子的空間座標的不準度 p = 一個粒子的動量大小的不準度• h = 普郎克常數

測不準原理： x p h

• p = mv

• 實驗 N 次結果為 x(1), x(2), …, x(N),

• 平均值 <x> = ∑ x(i) / N

• x = ∑ [ x(i) - <x> ]2 / N

• 若 x 0 ，則 p ∞• 要研究較小尺度的物理現象，需要較大的能量 “高能物理”

• 警察：你知道你開得多快嗎？

• 海森堡：不，但我知道我在哪裡 !

• 什麼是高能物理？

•高能物理 = 小尺度世界的物理•高能物理的理論基礎是量子場論及狹義相對論。

•廣義相對論是一個場論的例子，但是不容易被量子化。（大尺度的物理）

•一般的高能物理理論假設基本的物質組成元素是粒子。

• 標準模型 Standard Model 是一個量子場論模型

• 被驗證到非常高的精確度• 電子，夸克等• 光子，膠子， W ， Z 等• 只有希格斯 (Higgs) 還沒被觀察到

•什麼是弦論？

•粒子由弦取代。•量子力學不變。•自洽性 (self-consistency) 決定一切。•其他維度的物體：粒子 (0) ，膜 (2, 3, 4, …)，都可能自然出現。

•可能是一個基本理論。

2. 為什麼要研究弦論？弦論是正確的嗎？

• 標準模型無法回答的問題很多，例如無法描述重力作用。

• 標準模型不是一個基本理論。

• 弦論”預測”重力作用（廣義相對論）。• 弦論中沒有外加參數。• 弦論預測時空維度。• 迄今沒有實驗驗證。

• 弦論是二十一世紀的物理意外地掉進了二十世紀。

• 雖然我們知道如何做一些計算，但不了解全貌。

• 弦論是最基本物理理論研究的代名詞。

3. 弦論和其他科學有什麼關係？

• 高能物理、（量子）場論• 宇宙學• 數學

• 凝態物理、…

4. 弦論之後是什麼？

4. 弦論之後是什麼？