基础物理学中的十个顶级问题

基础物理学中的十个顶级问题第一页，共三十五页，编辑于2023年，星期五基础物理学中的十个顶级问题所有刻画自然界的无量纲参数是原理上可计算的呢，还是有些仅仅是由历史或是量子力学的偶然因素确定而不可计算的？量子引力如何能帮助解释宇宙的起源？质子的寿命是多长？我们如何解释之？自然界是超对称性的吗？如果是，超对称如何破缺？为什么宇宙看来只有一个时间和三个空间维数？为什么宇宙常数会有它有的值？这个值是零吗?它是常数吗?M-理论的基本自由度是什么？这一理论确实描述自然界吗？黑洞的信息佯谬如何解决？引力尺度和基本粒子的典型质量尺度之间的巨大差异是由什么物理解释的？我们能定量地解释量子色动力学中的夸克胶子的禁闭和质量间隙(massgap)的存在吗？（值一百万美圆）第二页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题一所有刻画自然界的无量纲参数是原理上可计算的呢，还是有些仅仅是由历史或是量子力学的偶然因素确定而不可计算的？第三页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题二量子引力如何能帮助解释宇宙的起源？第四页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题三质子的寿命是多长？我们如何解释之？第五页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题四自然界是超对称性的吗？如果是，超对称如何破缺？第六页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

第七页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

标准模型的外推相互作用强度ENERGY1012evLHC统一点强相互作用弱相互作用电磁相互作用1028ev现在的观测范围引力普朗克尺度超对称第八页，共三十五页，编辑于2023年，星期五xt超空间第九页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题五为什么宇宙看来只有一个时间和三个空间维数？第十页，共三十五页，编辑于2023年，星期五在任何一个包含引力的理论中，时空的大尺度结构是一个动力学的问题。在超弦理论中，有9个或10个空间维度:M4CY6或者我们是生活在膜上：为什么只有一个时间维度？6个或7个是紧的：第十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题六为什么宇宙常数会有它有的值？这个值是零吗?它是常数吗?第十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期五第十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题七M-理论的基本自由度是什么？这一理论确实描述自然界吗？第十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期五MIIAIIBE8xE8杂化弦

SO(32)杂化弦?I低能时是11维超引力T对偶g

g

N=4D=4SUSYMN=16SUSYQM五种超弦理论、M理论之间的关系第十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期五第十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题八黑洞的信息佯谬如何解决？第十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

第十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期五黑洞的熵D膜黑洞熵=面积/GNBekenstein-Hawking公式=Log(N)N=简并态的数目

Strominger-Vafa弦第十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题九引力尺度和基本粒子的典型质量尺度之间的巨大差异是由什么物理解释的？第二十页，共三十五页，编辑于2023年，星期五第二十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期五问题十我们能定量地解释量子色动力学中的夸克胶子的禁闭和质量间隙(massgap)的存在吗？（值一百万美圆）第二十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期五

大N展开和弦理论方法：在大N色极限下求解QCD

N=色的数目(3)

Ng2

固定

无相互作用的强子谱。偶合常数~1/N强子类弦理论这一问题能从我们对超弦理论的了解中受益，也能对我们了解超弦理论做出贡献。介子胶球第二十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期五超弦理论（现在的）超弦理论是一个将现有的基本理论做既保守又激进的改造后得到的理论，也就是：

粒子-->弦， 保持所有其它基本的物理原理不变。粒子弦相互作用的粒子：eeppg相互作用的弦：第二十四页，共三十五页，编辑于2023年，星期五弦相互作用粒子：ABC相互作用点弦：ABC裤子图弦相互作用是拓扑唯一的。时间时间第二十五页，共三十五页，编辑于2023年，星期五弦理论的成就

一个逻辑上自恰的现有物理理论的革命性的推广物理学的革命

一个自恰的和有限的量子引力理论

一个结构丰富并可能给出唯一的有关真实世界的可易理解的描述(一个包罗万象的理论)相对论C光速量子力学h作用量量子弦理论?G谱朗克长度第二十六页，共三十五页，编辑于2023年，星期五向统一理论迈进超弦的量子振动给出：标准模型和引力的粒子谱和相互作用：e,W,Z,….g但是，要真正给出标准模型，我们必须了解：紧致化&

超对称破缺第二十七页，共三十五页，编辑于2023年，星期五引力的量子理论弦理论证明了量子力学和广义相对论是相互自恰的。

(至少对弱引力场)弦理论为我们提供了探索由强引力引起的诸多疑难的工具。黑洞的命运 已经解释了黑洞的熵

有可能帮助我们解释宇宙的起源弦理论告诉我们：我们关于时空的观念必须彻底改变。第二十八页，共三十五页，编辑于2023年，星期五弦理论的现状类似1925年前的量子理论！量子理论1898 1913 1925普朗克爱因斯坦实验玻尔模型旧量子论量子力学有时是成功的但是是?(量子力学)的adhoc半经典近似。实验只起小的作用。弦理论1968 1984 20??对偶共振模型“旧弦理论”实验，标准模型?基本的自由度是什么？基本的对称性是什么？基本的动力学原理是什么？第二十九页，共三十五页，编辑于2023年，星期五21

世纪中的三个(可能的)观念上的变革时空的本性宇宙的初始条件运动学和动力学的统一第三十页，共三十五页，编辑于2023年，星期五IIA

理论在10-d维空间中 M理论在11-d维空间中

l<<1

l1弦紧致在

M1上

???时空观念的变革—I

改变空间的维数在超弦理论中，我们可以：

连续地撕裂空间结构(拓扑不相同)弦紧致在

M2上第三十一页，共三十五页，编辑于2023年，星期五R=对偶等价于1/R弦在高能时膨胀

弦测不准原理

将空间体积压缩到大小为0时空观念的变革—II在超弦理论中，我们不可以：

分辨越来越小的距离第三十二页，共三十五页，编辑于2023年，星期五我们能构造一个最终的理论吗？或许吧。那这就是物理学的终结吗？绝对不是！第三十三页，共三十五页，编辑于2023年，星期五REDUCTIONISM

TOE

(StringTheory?)GRAVITY QCD ELECTROWEAKATOMICSTRUCTURENUCLEARSTRUCTURECOSMOLOGYCONDENSEDMATTERCHEMISTRYBIOLOGYSTELLARSTRUCTURESTRUCTUREOFTHEUNIVERSECLASSICALMECHANICSOFATOMSANDMOLECULESFLUIDMECHANICSMICROMACRO第三十四页，共三十五页，编