我们都知道，早期弦理论一度被打入冷宫，只是后来经过施瓦茨等人的不懈努力，才发展出了后来的升级版本“超弦理论”。相信很多人都会有个疑问，为什么叫“超弦理论”。这里的“超”到底是个啥意思？它和之前的“弦理论”到底有什么区别？今天我们就来解答这个问题。
标准粒子
大部分科普类资料都有介绍，“超弦理论”的“超”是“超对称”的意思，实际上这个“超”它包含了两个意思。除了是“超对称”外，还有一个意思是“超空间”。
先来说说这个“超空间”。早期的弦理论，也就是南部阳一郎他们搞出来的那个版本，他们的理论其实只包含了基本粒子中的玻色子，也就是光子、胶子、W粒子和Z粒子，以及希格斯玻色子。其实也可以包含，那还未被发现的引力子。根据引粒子在理论中的性质，它应该也属于玻色子，所以早期的弦理论也被称为“玻色弦理论”。
费米子和玻色子
玻色子是承载四种基本力的粒子。早期的弦理论主要就是为了解决四种基本力的统一，所以只涵盖了这些玻色子。而对于“夸克”这类组成物质的费米子，就没有包含进去。这个才是“超弦理论”和“弦理论”的本质区别。
那为什么早期的弦理论不把费米子包含进去呢？因为这个费米子和玻色子有个很大的性质区别，就是在同一空间下，只存在一个费米子，就像一山不容二虎一样；而这个波色子则恰恰相反，玻色子可以任意多的数量，同时存在于同一空间状态。这也是为什么玻色子能传递力，而且这个力还有大小差异。这个差异，其实就是由传递玻色子的数量决定的。比如引力大，就是传递的引力子多；电磁力大，就是传递的光子多；其它的也是一样的。
玻色子
刚才说的，玻色子能共存于同一状态的性质，对应到数学推导中，是因为组成它们的“弦”的空间坐标是用普通数构成的。什么是普通数？比如数字2，2^2=4，2^3=8，2^4=16等等，可以无限计算下去。而费米子因为“一山不容二虎”，只允许计算一次；所以用这种普通数就没法进行表示。
后来施瓦茨他们发现，如果用格拉斯曼数来做坐标，就可以解决这个问题。因为任何两个相同的格拉斯曼树，只要计算一次，就一定会终止。这就从数学上对应了费米子的性质。从这儿又一次可以看出，数学就是给物理学家们提供工具的；碰到了棘手问题时，就要到数学工具箱里去找找，有没有合适的工具拿来用。这个格拉斯曼数确实很奇怪，感兴趣的小伙伴可以自己查一查，它有着和我们普通的数字有着完全不同的性质。所以只用普通数作坐标的空间，就是“普通空间”；而加入了格拉斯曼数做坐标的空间，就叫“超空间”。这就是“超弦理论”中“超”的“超空间”解释。
费米子
下面接着说这个“超对称”的解释。这里的“对称”，当然不是我们传统意义上的普通对称。它指的是每种已知的粒子，都存在自己的“伙伴粒子”，也就是“超伴子”。比如每个费米子都有自己的对称的“玻色伴子”。反之，每个玻色子也有自己对称的“费米伴子”。这些伴子之间的电荷相同，合力性质也相同。
目前认为，只有“超空间”内才存在“超对称性”；从而玻色子和费米子之间才会存在“交换对称性”。但是这个“超对称性”，纯粹是超弦理论自己预言的；包括这些“超伴子”也都是理论推测。到目前为止，也没有在实验中观察到，甚至有相当一部分物理学家已经放弃了“超对称性”这一观点。他们认为，以目前的强子对撞机功率，如果“超对称性”存在，理论上应该是能够检测到的。
欧洲强子对撞机
但是也有一部分物理学家一直坚信该理论。他们认为，肯定是因为这些“超伴子”比对应的已知粒子重，导致现在的粒子加速器还观测不到。随着加速器的能量提升，将来一定能观测到。虽然《生活大爆炸》里的谢耳朵都放弃了挚爱的弦理论，但是我们还是要从内心支持那些坚守自己信念的科学家们；就像当年如果没有施瓦茨他们的孤军奋战，也不会有弦理论的今天。
热门跟贴