基础物理学中的十个顶级问题课件

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(mass gap)的存在吗？（值一百万美圆）基础物理学中的十个顶级问题问题问题 一一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？基础物理学中的十个顶级问题问题问题 二二量子引力如何能帮助解释宇宙的起源？基础物理学中的十个顶级问题问题问题 三三质子的寿命是多长？我们如何解释之？基础物理学中的十个顶级问题问题问题 四四自然界是超对称性的吗？如果是，超对称如何破缺？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 标准模型的外推相互作用强度ENERGY0evLHC统一点强相互作用弱相互作用电磁相互作用08ev现在的观测范围引力普朗克尺度超对称基础物理学中的十个顶级问题xt超空间基础物理学中的十个顶级问题问题问题 五五为什么宇宙看来只有一个时间和三个空间维数？基础物理学中的十个顶级问题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：基础物理学中的十个顶级问题问题问题 六六为什么宇宙常数会有它有的值？这个值是零吗?它是常数吗?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问题问题 七七M-理论的基本自由度是什么？这一理论确实描述自然界吗？基础物理学中的十个顶级问题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=4 D=4SUSYMN=16 SUSY QM五种超弦理论、五种超弦理论、M理论之间的关系理论之间的关系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问题问题 八八黑洞的信息佯谬如何解决？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黑洞的熵黑洞的熵D膜黑洞熵=面积/GNBekenstein-Hawking公式公式=Log(N)N=简并态的数目 Strominger-Vafa弦基础物理学中的十个顶级问题问题问题 九九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？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问题问题 十十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(mass gap)的存在吗？（值一百万美圆）基础物理学中的十个顶级问题 大大N展开和弦理论展开和弦理论方法：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。介子胶球基础物理学中的十个顶级问题超弦理论（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：粒子粒子-弦，弦，保持所有其它基本的物理原理保持所有其它基本的物理原理不变。不变。粒子弦相互作用的粒子：eepp相互作用的弦：基础物理学中的十个顶级问题弦相互作用粒子：粒子：ABC相互作用点弦：弦：ABC裤子图弦相互作用是拓扑唯一的。时间时间基础物理学中的十个顶级问题弦理论的成就 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)相对论相对论C C 光速光速量子力学量子力学h h 作用量量子作用量量子弦理论弦理论?G G 谱朗克长度谱朗克长度基础物理学中的十个顶级问题向统一理论迈进超弦的量子振动给出：超弦的量子振动给出：标准模型和引力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：紧致化紧致化&超对称破缺超对称破缺基础物理学中的十个顶级问题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。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。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。黑洞的命运黑洞的命运已经解释了黑洞的熵已经解释了黑洞的熵 有可能帮助我们解释宇宙的起源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。弦理论告诉我们：我们关于时空的观念必须彻底改变。基础物理学中的十个顶级问题 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？基本的自由度是什么？基本的对称性是什么？基本的对称性是什么？基本的动力学原理是什么？基本的动力学原理是什么？基础物理学中的十个顶级问题21 世纪中的三个世纪中的三个(可能的可能的)观念上的变革观念上的变革时空时空的本性的本性宇宙宇宙的初始条件的初始条件运动学和动力学运动学和动力学的统一的统一基础物理学中的十个顶级问题IIA 理论在 10-d维空间中M 理论在 11-d维空间中 ll弦紧致在 M1上?时空观念的变革时空观念的变革I 改变空间的维数在超弦理论中，在超弦理论中，在超弦理论中，在超弦理论中，我们可以：我们可以：我们可以：我们可以：连续地撕裂空间结构(拓扑不相同)弦紧致在 M2上基础物理学中的十个顶级问题R=对偶等价于1/R弦在高能时膨胀 弦测不准原理弦测不准原理 将空间体积压缩到大小为0时空观念的变革时空观念的变革II在超弦理论中，在超弦理论中，在超弦理论中，在超弦理论中，我们不可以：我们不可以：我们不可以：我们不可以：分辨越来越小的距离基础物理学中的十个顶级问题我们能构造一个最终的理论吗？或许吧。或许吧。那这就是物理学的终结吗？绝对不是！绝对不是！基础物理学中的十个顶级问题REDUCTIONISM TOE (String Theory?)GRAVITYQCDELECTROWEAKATOMIC STRUCTURENUCLEAR STRUCTURECOSMOLOGYCONDENSED MATTERCHEMISTRYBIOLOGYSTELLAR STRUCTURESTRUCTURE OF THE UNIVERSECLASSICAL MECHANICS OF ATOMS AND MOLECULESFLUID MECHANICSMICROMACRO基础物理学中的十个顶级问题知识、无知和智慧知识、无知和智慧无知知识知识 体积 无知 面积智慧 知识知识 体积体积 无知无知 面积面积无知知识无知的海洋是紧致的吗？基础物理学中的十个顶级问题