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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： /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。 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？ 4. 弦論之後是什麼？ * *