物质是什么（8）弦论——对物质本源描述的努力
近代物理的两套基本理论：相对论和量子力学都获得了巨大的成功。相对论所描述的物质在宇宙大尺度范围中的运动情况非常符合我们所观测到的实际情况，如在使用GPS卫星定位系统时就需要使用广义相对论的理论来进行无线电波的运动计算，从而得到正确的定位数据，而按照传统物理学电磁学理论会给定位数据带来比较大的误差。这就说明广义相对论对物质运动的描述更加正确。在描述物质的微观结构和小尺度范围的运动，如原子内部的结构，原子核的构成，中子、质子内部的夸克的存在状态等微观世界的情况，量子力学可以很好地描述这些。量子力学可以解释除引力以外的3种基本力（强力、弱力和电磁力）引起的物质运动规律和由此而产生的物质微观结构。但是，非常遗憾的是这两种理论的使用范围都有局限，在一些极端的情况下，两种理论对物质的物理特性的描述是互相矛盾的。
所以，物理学家一直在努力寻找一种能够把物质相互作用的4种基本力都能够正确描述的物理理论。爱因斯坦在他生命的最后30多年都一直在努力进行这项工作，但是直到最近物理学家提出的弦理论这个问题才看到了希望。弦理论的提出来源于数学推导而不是物理实际的观察。根据弦理论的描述，一些以不同的方式振动的能量弦构成了我们的物质世界，我们所能够描述的物质世界仅仅是这些能量弦的各种运动形式。这似乎又印证了古老东方智慧的虚无之道的世界学说。关于对世界的看法，对物质认识的哲学问题我们下一节再讨论。
现在先看一下弦论对物质的解释。弦论自然界的，某些模式的振动弦组成的如电子、光子、中微子和夸克等等，看起来像粒子，实际上都是很小很小的弦的不同振动模式。宇宙弦m=E/C2）。弦理论中宇宙看作是由宇宙弦组成的大海每条宇宙弦的典型尺度约为长度的基本单位，即普朗克长度（10－33厘米）。弦论时空
(a)粒子一分为二的时空图(b)弦论中的对应时空图,爱因斯坦的广义相对论已经可以从弦论中被推导出来。也就是说弦理论可能可以把我们目前所知道的四种基本力的作用都可以正确地加以描述，它可能成为近代物理学家一直在寻找的“大统一理论”。弦理论对宇宙弦的振动模式宇宙弦的振动模式
对于从传统物理学走过来的理念，三维空间加上一个时间坐标对于描述我们周围的物质世界是十分自然和足够的。到弦理论中出现高维空间的运动描述比较难以理解。其实，设想一下如果没有负数的数学表示，我们熟悉的3维空间中间的物质运动是不是也需要6维的数学描述才能很好地来表达。这样，对于用弦理论的弦振动模式来描述复杂而离奇的物质世界的运动时，出现高维的数学描述也就比较容易理解了。
现在物理学家提出的弦理论有多种形式，实际上可以通过5种不同的方式进人弦理论。它们分别被称为：I型理论，llA型理论.IIB型理论，杂化O（32）型理论和杂化E8XE8理论。进一步的研究这些形式之间是有联系的，它们其实是从不同的角度来描述同样的东西。好像大家熟悉的“瞎子摸象”的寓言，在搞清楚整体之前，各人都只能从不同的部分来描述一个“大象”。第二次超弦革命的结果说明，这5个弦理论实际上是一个被称为M理论的统一框架的一部分。对于我们非专业人员主要关心的不是这些理论的数学方法，主要是希望了解通过这些理论可以为我们说明哪些物质和宇宙的特性。
弦理论不仅仅可以很好地描述微观世界中呈现量子特性的那些微粒的物理特性，如基本粒子的质量、电荷、自旋、动量等等一系列的物理特性，在弦理论的描述中它们都来源于宇宙优雅的宇宙-弦理论-http://www.tudou.com/programs/view/pch2HhCW2NM/request_from=cpr
人类对自然规律的掌握是在不断的进步，弦理论仅仅是一种可以统一地用严密而优美的数学公式来描述目前我们所能够了解到的各种物质运动状态的物理理论。但是它绝对不会是宇宙的“终极理论”。这个世界还存在着人类没有直接观察到的一些物质形态和物资运动方式，比如暗物质和暗能量等。所以即使是被称为“终极理论”的描述也可能不适用于这些情况。这也是现代物理学发展给予我们对世界的一个认识，对这个问题的认识下面我们还需要进一步地说明。
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