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量子场论的后续理论是直接过渡到超弦和M理论了么？

理论,粒子,对称性量子场论的后续理论是直接过渡到超弦和M理论了么？

发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

量子场论的后续理论是直接过渡到超弦和M理论了么？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

题主的问题，是直接将杨振宁从现代物理史上，给彻底抹去了啊。没有杨振宁为首的一帮人努力，超弦理论和M论根本就是空中楼阁！虽然现在也差不多是。

为了以正视听，我来续一续量子场论前后的科学史吧。

牛人狄拉克

同学们先记住一个知识点，在物理界，但凡名词后面加个“场”字的，我劝大家赶紧跪，不是一般人绝对玩不转！


话说第一个打开量子场论大门的人，就是狄拉克。这哥们把狭义相对论引入了量子力学，还顺手将薛定谔方程升级为自己的狄拉克方程。不但将单粒子的跃迁讲了个透彻，还一下子整明白了多粒子间的相互关系，自己开宗立派，这就是——量子电动力学的由来。

杨振宁登场

量子场论诞生后，犹如一场巨型风暴，对量子力学产生了持续的冲击。同学们一下子开阔了无穷的视野，各种惊世骇俗的理论层出不穷，其中的佼佼者——杨振宁登场。


杨振宁先是左手一个杨-米尔斯方程，接着右手再施展一招“宇称不守恒定律”；直接就拿了一个诺奖；杨振宁于是一发不可收拾，合二为一祭出终极心法——“规范场论”！同学们沿着这套心法练下去，完成了伟大的“电弱统一理论”；一帮子人拿诺奖又拿到手软。

同学们都很高兴，于是决定把好事做到底，将杨振宁的理论彻底发扬光大，合计着把强力也一举拿下，盖尔曼和费里奇为此创立了“量子色动力学”。

几番风雨后，科学界几乎完成了强力、弱力、电磁力三者统一。后世把这个成就尊称为“粒子标准模型”！

杨振宁作为这一系列成就的奠基人，稳稳的在物理界坐五望四，完成封神之举。

超弦理论和M论

杨振宁和后继者们的努力，直到2013年，欧洲的LHC撞出了希格斯粒子，“粒子标准模型”胜利完成。这个理论甚至已经可以回答“物质的本质是什么”这样接近哲学思辨的问题了。人类的物理理论，走到了近代科学的又一个最顶点。


但是，正如上世纪初两朵乌云，就摧毁了经典物理王国300年的根基一样，仍然有一个阴影笼罩在我们头顶，它就是——引力！只有引力、强力、弱力、电磁力四力统一，才算是真正的结局，现在标准粒子模型明明还是三缺一状态，于是，超弦理论和M论登场！

大型粒子对撞机

超弦理论理论假设，以前我们认为是粒子的夸克和轻子，实际上都是“弦”，它们在11维中摆动，包括我们宏观世界中的3个维度，再加上时间，以及另外7个别的维度。这种弦非常微小──小得可以被看成是点粒子。通过引入额外的维度，超弦理论使科学家能把量子定律和引力定律相对比较融洽地合在一起，M论更是超弦理论的升级版。

那么如何证明呢？上大型粒子对撞机啊！

这又是一场血雨腥风的争论，我们就不展开了。

我只给个结论，杨振宁认为要验证超弦理论，目前的大型粒子对撞机能级几乎就是扯淡，再更猛的技术突破前，继续按老路子烧钱上大型粒子对撞机，那是劳民伤财，给外宾们做嫁衣裳。而以王贻芳为首的建议反正有钱，不烧白不烧，撞不出结果也是一种结果嘛！

结语

我是坚定的缓建派！支持杨振宁先生敢于说真话办事实的精神和行动。

我是猫先生，感谢阅读。

回答于 2019-09-11 08:43:50

场论：空间中每一点都有一个独立变化的量（叫做场量），就像全宇宙都是一个巨大的海洋，到处都有翻滚的海浪。海浪表现出一些行为，用来解释我们看到的现象。比如粒子的碰撞可以解释成“发生了海啸，把海景房冲塌了”

量子场论：是对场论的二次量子化，就是傅里叶变换，就是用不同频率的“基本粒子”（基底）表示空间中各种场的各种可能状态。还用海浪作比喻，就是讲海浪的故事，只说几米高的浪，不说浪花打在哪里。

量子场论可以解释很多现象，也成功地预测了一些现象。最基本的有标量场，矢量场，旋量场。当然你也可以定义各种不同的场，只要你的理论推演和现实的粒子行为类似就行。量子场论越来越复杂，种类越来越多，对这些量子场论最重要的一个归类就是规范场（Gauge Field Theory）.

规范场：描述电子的场是旋量场（狄拉克场），描述光子的是矢量场（电磁场），这两种量子场论分别很好地描述了电子和光子（或电磁波）的行为。有一种更好的方式可以将他们统一起来。光子场作为电子场的规范场：光子场用一个复数表示，如果对于电子场进行相位的变化（差不多是任意变化），最终对于描写电子的行为没有任何变化，那么那个变化的相位，刚好表现地就和光子一样，于是那个相位场就是光子场。

描述某种物质的场（比如叫小明场），在某一种变化（起个名字叫：规范变换）下，如果不影响最后的现象描述，那么这种规范变换就和小明场可以统一地简单地一起写进同一个公式，叫做规范场理论。上述电子和电磁场统一的规范场满足的是相位变化（locally U(1) transformation） 可以去看量子电动力学（QED）,它是足二维复数场线性变化（Locally SU(2)）不变的场，可以把电子，中微子的行为用统一的理论描述出来。还有量子色动力学（QCD）也是规范场理论，是局域SU(3)对称性，规范变换的场是胶子，“小明场”是夸克。把这几个场统一起来，就构成了标准模型（Stantard Model）,迄今为止最成功的粒子物理理论，到2012年Higgs Boson被实验验证，标准模型预测的粒子就都被找到了。

还没到弦理论。

从规范场开始，对称性显得越来越重要。科学理论是寻求简单的解释的，分别描述一只左手和一只右手，不如说“手只有一个，镜像对称出两个而已”听上去漂亮。但是常常粒子的世界并不是看上去那么相似如同左手和右手。完全不同的两个东西如果说相似，就只有定义。我说“牛和电脑相同”，就定义了一个对称性（牛-电脑对称性），只要将来我们能发现牛和电脑之间能够联系起来就行了。不过对于理论粒子物理，规范场论以后的理论离能做实验验证还早着呢。姑且在逻辑中先认为只要“牛电脑对称理论”不违反现有的被实验验证的理论就行了。

到了标准模型，还有几件事情没有在理论上统一起来，波色-费米。理论上建立“玻色子=费米子”这种对称性（Supersymmetry）假设的，包括超对称标准模型：刚刚说过标准模型里面所有的粒子都翻倍，原来是玻色子的，我们认为还有个对应的费米子存在。这样虽然老的理论也涵盖在内，但是带来了更多新的理论预言，到底对不对呢？至少，在理论的统一性上又往前走了一大步。还有其他有关对称性的场论也很重要(比如和空间尺度变换相关的对称性，像是Renormalization group theory, Comformal field theory。)

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