研究領域介紹－弦論 String Theory

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。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？

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