宇宙是个膜是啥意思

宇宙是个膜是啥意思

超弦理论的一个应用,就是膜宇宙学.
首先让我们来回顾一下大统一理论与粒子物理的研究历程.
上个世纪初,我们有了物理学的两朵乌云,从而有了相对论与量子力学.
从麦莫实验,我们有了SR.随机,物理学家们认为所有的物理理论都应该满足SR的协变关系,其中电磁理论是肯定满足的——因为SR就源自这里.而引力是与电磁理论形式上最接近的理论,人们自然会试图去构造一个满足SR协变性的引力理论,但是一直都失败了,直到GR的诞生.
而另一方面,SR的成功也让人们想到：量子力学也应该是SR协变的,从而构造出了相对论性量子力学（这里我们把RQM与QFT先分开说）.但是却发现RQM其实描述的并不是单粒子的力学系统,而是一个场论（注意了,场论与量子场论不是一个东西,量子场论是量子化以后的场论）,从而得到了QFT.有了QFT,人们自然会想把作用力用QFT来描述,因为在微观世界,粒子都是量子理论所描述的,从而相互作用力不用量子理论来描述显然说不过去.在众多尝试后,发现了规范场论（还没量子化）,并且最终在量子化以后发现用来描述电磁作用是多么地合适啊（这里我们看到,SR与QFT居然都是出自电磁理论,可见电磁理论是多么地和 谐美妙啊～）,于是得到了QED.
但是,QED是有问题的,就是其中所有的顶角圈图修正几乎都是发散的——也就是会出现无穷大.
最简单的圈图就是电子自能涨落的一圈图：一个电子突然发射出一个电子,然后这个电子过了一段时间以后被自己吸收掉了.还有就是光子自能涨落的一圈图,不过这个比电子复杂多了：一个光子突然分裂成两个电子,或者两个u子,或者两个介子,甚至两个夸克,更甚至两头大象……当然,都是一正一负（反粒子）,随后过了一段时间以后这一对东西又湮灭掉,出现一个光子.
上面说的两个都还只是QED中最简单的一圈图.
QED的这种发散称为紫外发散,因为它们都是对高能作用的量子修正,所以是“紫外”的.
为了解决这个问题,物理学家们引入了正规化操作,比如维度正规化（假定真是时空的维度不是四维的）、紫外截断（认为时空具有最小间隔）以及很多其它的正规化方案,并且最终形成了一套叫做“重整化”的措施.
“重整化”是从研究固体物理的场论方法中引入的,其核心思想就是：我们对真实理论（也就是TOE）是什么并不知道,而我们所知道的只有其在低能下的近似,以及在各个能标上的实验结果.而QED的发散只发生在高能,因而我们可以把所有高能物理都用一种等效近似给近似掉——这个过程就是正规化中把所有发散项都减掉——从而得到一个有效理论——这个过程就是正规化中把保留的非发散项写到描述相互作用的拉氏量中,不过一般这些项都是非定域的（这一点很有启发性,虽然这个启发现在没人能说清楚到底启发了什么）.
重整化的方法相当美妙,因为重整化的QED与实验的相符成都是直径位置最好的.
进而物理学家们自然要把这套方案用在其它三种力上了.
首先成功的是弱相互作用,并且由此发现了对称自发破缺机制和Higgs机制,从而揭示了为何相同的规范下弱力的媒介粒子是有质量的,进而认为所有粒子的质量都来自Higgs机制.
强作用力的量子规范场论之路比较曲折,最后得到了QCD.严格说来QCD不是最终理论,因为QCD也有发散问题,不过这个我们先不去计较.
在整套研究过程中,物理学家们逐渐领悟到这么一点：如果一个相互作用在高能下没有新物理出现,那么它总是可重整的.比如QED,虽然高能下发散,但是高能和低能的物理机制是相同的,只不过我们没搞清楚而已.
但是,把这套方案用在引力上的时候,又失败了.