http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2006-06-22
本报北京6月19日讯（记者任霄鹏 刘英楠）四年前的夏天，来自世界各地的弦理论学者齐聚北京，为的是继续爱因斯坦半生未能完成的梦想——一个能在单独的包罗万象的协和的数学框架下描写自然界所有力的“统一”理论。如今，北京又再次迎来了包括David Gross、Andrew Strominger、霍金、丘成桐在内的深深为“统一”梦想所吸引的数百位数学家和理论物理学家。6月19日上午，人民大会堂座无虚席，“2006年国际弦理论会议”隆重拉开帷幕。
周光召院士主持了大会的开幕仪式。全国人大常委会副委员长、中国科协主席韩启德和中国科学院常务副院长白春礼专程前来出席开幕仪式。本次大会是由中国科学院数学与系统科学研究院、晨兴数学中心、理论物理所以及浙江大学联合主办的，得到了中国科学院、美国国家科学基金会以及国际理论物理中心等机构的大力支持。
白春礼、国际著名数学家丘成桐、2004年诺贝尔物理学奖获得者David Gross在开幕式上进行了发言并一致表示，本次“2006年国际弦理论会议”将会成为国际数学家和理论物理学家共同交流的舞台和重要的前沿科学阵地，将会为推动中国乃至世界科学发展作出应有贡献。同时，他们希望本次大会能为中国的青少年以及年轻学者打开通往科学世界的门户，今后能够有更多的年轻人才投入到弦理论研究的领域中来。开幕式后，David Gross、哈佛大学教授Andrew Strominger以及著名的物理学家霍金分别就弦理论、统一、黑洞以及宇宙起源等问题进行了精彩的演讲，为我们打开了一条前景广阔却又步履艰难的科学道路。
据介绍，之所以会出现弦理论研究，是由于存在量子力学和广义相对论两大理论不能解释或者解决的问题。弦理论是目前最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力（包括引力）统一起来的理论，它第一次将广义相对论和量子力学这20世纪的两大基础理论结合到一个数学上自治的框架里，利用多种学科如量子物理、宇宙学以及现代数学中一些重要思想的交叉，有可能解决一些长期困扰物理学家的物理学以及宇宙学上的世纪难题，如黑洞的本质和宇宙的起源等等。目前科学家普遍相信弦是组成物质的最基本单元，在极小的尺度下观察，所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动状态，由此就可以从简单的弦得到宇宙的无穷变化和复杂性，使一切现象都能得到描述。弦理论的实验证实将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识。
虽然目前尚未观测到基本的弦，但大师们表示，弦理论是物理学上的一次革命，是爱因斯坦梦想的继续，是我们更好地理解自然本质的“踏脚石”，它有疑问，也有期待。
和四年前的大会相比，本次“2006年国际弦理论会议”受到了更为广泛的关注，有众多学者、高校学生乃至中学生都前来聆听大师们的演讲。据悉，本次大会将持续到6月24日，包括Strominger和霍金在内的数十位国际知名学者还将在未来几天的会议里作50余场学术报告。
[科学时报]
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弦理论有望破解部分世纪难题
600国际知名科学家在京探讨顶尖科学问题
本报讯 昨日（19日），2006年国际弦理论大会在人民大会堂开幕。此后6天，来自世界各地的600多名科学家将研讨“黑洞”、弦理论等前沿课题。刚刚成功破解“庞加莱猜想”的我国学者曹怀东、朱熹平及其老师丘成桐也将作学术报告。
出席会议的科学家来自世界各地，他们之中有世界杰出科学家D·格罗斯、斯蒂芬·霍金、丘成桐、E·威腾、C·瓦法、A·斯图明格等数十位国际著名学者，未来6天的会议里，他们将作53场学术报告，并和与会专家当面讨论。
斯图明格表示，他在各种公开场合做过类似演讲，但在中国为数千人做演讲，如此大规模还是第一次。他表示，有理由预见中国对相关基础学科方面的重视，中国已经逐步在这些领域取得越来越重要的成就。
中科院晨兴数学中心工作人员介绍，弦理论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力(包括引力)统一起来的理论，它第一次将二十世纪的两大基础理论———广义相对论和量子力学结合到一个数学上自治的框架里，有可能解决一些长期困扰物理学家的世纪难题，如黑洞的本质和宇宙的起源。专家预测，弦理论的实验证实将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识。
据悉，此次大会将同时在杭州、西安、兰州等地举办卫星会议。会议的内容以弦理论为中心，并兼顾与宇宙论、凝聚态物理间的联系。
[新京报]
背景资料
什么是超弦理论
爱因斯坦在生命的最后30年里一直在寻找统一场论——一个能在单独的包罗万象的协和的数学框架下描写自然界所有力的理论。爱因斯坦这样做的动机不是我们常想的那些与科学研究紧密相关的东西，例如，为了解释这样或那样的已知现象或实验数据。实际上，驱使他的是一种关于自然界基本规律内在美的信念：对宇宙的最深刻认识将揭示它的最真实秘密，那就是，它所依赖的原理是简单而有力的。爱因斯坦渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭示宇宙活动的奥秘，由此而展示的自然界的动人美丽和优雅，将让每一个第一次知道的人产生有生以来最强烈的敬畏、惊讶和震撼。
弦理论或者超弦理论是那些象量子和夸克等等已经溶入大众词典的诸多新科学专用词汇之一，但它们却很少能被人解释清楚。即使会议的参加者也会告诉你，超弦理论，象许多新兴科学和研究领域一样，涉及了许多高前沿的数学领域，并不是很容易能把握的。超弦理论到底是什么呢？简单说来，我们可以这样来定义超弦理论：(1)超弦理论是现在最有希望将自然界的基本粒子和四种相互作用力统一起来的理论；(2)超弦理论认为弦是物质组成的最基本单元，所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动激发态；(3)超弦理论第一次将二十世纪的两大基础理论-广义相对论和量子力学-结合到一个数学上自冾的框架里；(4)超弦理论有可能解决一些长期困绕物理学家的世纪难题如黑洞的本质和宇宙的起源。(5)超弦理论的实验证实将从根本上改变人们对物质结构、空间和时间的认识。
首先，我们发现，弦理论描述自然界的活动还真有几分科学幻想的成份。举例来说、弦理论描述的世界并不是我们肉眼所看到的三维空间和一维时间。合理的解释是那些额外的空间维数没有被观测到是因为它们很小很小。要理解弦理论的高维属性并不困难。(参见《宇宙的琴弦》P. 180-181)
在弦理论中就有许多这样极小的额外空间维数，因此，微观世界并不象我们普遍感觉到的世界那么简单。在宏观尺度上，弦理论也可能用来解释宇宙大爆炸的开始和黑洞内部的行为，而这些问题是以前的物理理论包括爱因斯坦的广义相对论都失效的地方。现在发展的弦理论是有关时间和空间的量子理论，因此理论看起来也就显得非常非常的奇怪。
弦理论的一个基本观点就是自然界的基本单元不是象电子、光子、中微子和夸克等等这样的粒子，这些看起来象粒子的东西实际上都是很小很小的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦)，闭弦的不同振动和运动就给出这些不同的基本粒子。因此弦理论从一些非常基本和简单的单元就能得到宇宙的无穷变化和复杂性。在弦理论中，人们自然地可以得到规范对称性、超对称性和引力，而这些原理在原有的标准模型中或者是强加进去的或者是与量子理论相冲突的，在弦理论中它们都协和地统一起来了，并且是彼此需要、独一无二的。
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弦理论拟解决的三大基础物理学问题
1.什么是物质组成的最终单元？
在过去的一百多年里，物理学家已经发现了一连串越来越小和越来越基本的物质组成单元。这些研究成果最终被总结成为标准模型：轻子(象电子和中微子)、夸克以及将这些粒子捆绑在一起的电磁力、弱相互作用力。但是，标准模型并不是故事的结局，因为它实在是太复杂了，它本身并不能解释一个比元素周期表还要复杂的基本粒子表以及它们之间的相互作用力。
现在，弦理论家们普遍相信标准模型中的基本粒子实际上都是一些小而又小的振动的弦的闭合圈(称为闭合弦或闭弦)，所有粒子都可由闭弦的不同振动和运动来得到，从本质上讲，所有的粒子都是质地相同的弦。这一听似奇怪的想法能够解释标准模型的许多粗旷轮廓和特性，但是在决定性实验验证弦理论之前，人们仍然有必要对它进行更深刻的认识和了解。
2.量子力学的原理和广义相对论是相冲突的吗？
量子力学和广义相对论是二十世纪两个非常成功的理论，但令人惊讶的是这两个理论在现有的框架下是相冲突的。简单说来，量子力学认为没有任何东西是静止不动的，任何东西都有起伏涨落(测不准原理)。广义相对论认为时空是弯曲的，弯曲时空是万有引力的起源。将这两个理论结合就可以导出时空本身也是每时每刻都在经历着量子的起伏涨落。在大多数情况下，这些涨落是很小很小的，但在一些极端情况下，比如说在极短距离下、在黑洞的视界附近，在大爆炸的初始时刻等等，这些量子涨落将变得非常重要。在这些情况下，我们现有的理论(量子力学和广义相对论)是不适用的，只能得到一些结果为无穷大荒谬结论。很显然，我们需要一个更完备的理论。
令人惊讶的是，从粒子物理学中发展起来的弦理论提供了这一问题的答案。在弦理论中，由于弦的延展性(一维而不是一个点)，引力和光滑的时空观念在比弦尺度还小的距离下失去了意义，时空量子泡沬由“弦几何”代替了。现在，用弦理论已经解决了有关黑洞量子力学问题的一些疑难。如何用弦理论来说明宇宙大爆炸的初始奇点仍然是一个没有解决的大问题。
3.我们生活在11维时空吗？
宇宙学告诉我们，我们肉眼看到的三个空间维数正在膨胀，由此可以推测它们曾经是很小和高度弯曲的。一个自然的可能性是；也许存在与我们观测到的三个空间维数垂直的其它空间维数，这些额外空间维数曾经是但现在仍然是很小和高度弯曲的。如果这些维数的尺度是够小，以我们现有的观测手段仍不是以直接推测到，但是这些维数仍将以许多间接的效应表现出来。
特别地，这是一个强有力的统一观念：在低维中观测到的不同粒子也可能是同一种粒子，在额外维数空间中，它们都是同一粒子不同方向的运动的表现。实际上，额外维数还是弦理论不可分割的一部分：弦理论的数学方程要求空间是9维的，再加上时间维度总共是10维时空。更进一步的研究表明，由M理论给出的更完全的认识揭示了弦理论的第10维空间方向，因此理论的最大维数是11维。最近的一些发展还提出了我们也许生活在低维的膜上面，但是引力仍然是10维的，为了得到现实的3维引力，可以通过引入“影子膜”或者Randall-Sundrum机制。Randall-Sundrum机制是一种束缚引力的新方法，这时，额外维度可以不是很小很小的。通过观测小距离情况下引力对平方反比定律的偏离，或者是在粒子加速上或者是通过超新星爆发中产生的粒子散射进入额外维度因而看起来象消失一样等等奇怪的现象，也许我们现在就有能力探测到这些额外维度。弦理论不仅大大地拓展了人们的思维空间，将大大地拓展人们的活动空间。
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