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相对论量子与超弦理论的发展的结果将改变人们的时间和空间观念,建立的统一将从根本上解决量子场中的无穷大、标准模型中的夸克禁闭和任意参数过多等一系列问题。
电磁相互作用与弱相互作用的统一理论是60年代末提出的,由此给出的粒子中的标准模型是最成功的理论,理论预言电
子的反常磁矩是1.001159652193个玻尔磁子,实验给出的数值是1.001159652188,两者在误差范围内是完全一致的,精确度高达13位
有效数字。寻求包括强相互作用和引力的更大更完美的统一理论有很多尝试,所有这些尝试如大统一理论、高维Kaluza-Klein理论和超对称超引力理论都失败了,只有超弦理论是最有希望取得成功的理论。标准模型的基础是量子场论。由于量子场论有无穷多自由度,精确求解有相互作用的量子场论是非常困难而被认为是不可能的。在这种情况下,人们就只有利用微扰论按一小量展开求近似解的方法去求解问题。显然,在那些没有小量可以展开而相互作用是很强的情况
下,微扰论的方法就无能为力了。在粒子物理中有很多涉及相互作用很强的问题,最著名的一个就是夸克禁闭:实验上和理论上的许多发现都要求存在一类称为夸克的并不很重,在加速
器上应该是很容易产生的,奇怪的是实验上并没有观测到单个自由的夸克。理论的解释是两个夸克之间的相互作用随距离的增加而变强。
分开两个夸克的能量也随距离的增加而增加。所以,在夸克禁闭中涉 及的相互作用在大距离时就是很强的,不能用通常的微扰论来近似求解。
另外,经典的麦克斯韦方程是线性方程。它的解就是无穷多个波的叠加。其量子化乃是将无穷多个谐振子放在一起而无相互作用。当人们作计算时发现有许多无穷大。一直到1948年,量子电动力学才在引入重正化以后有了有限的定义并和实验吻合的极好。在将规范场推广到非阿贝尔群。其量子化经许多人的努力得到实现。人们发现量子规范场理论是唯一具有渐进自由性质的量子场论。对于围扰场论用费曼图给出了定义。到1974年建立了基本粒子的标准模型。从此物质场基本被标准模型所描述。在此过程中杨先生的“对称性支配相互作用”起了重要作用。拉氏量中的相互作用往往被对称性的考虑所决定。人们也试图在此框架下将引力量子化,没有成功。实际上,引力场是不可重整的。利用Seiberg-Witten理论,可以严格求解和定性讨论一大批
N=1和 N=2 超对称规范理论,毫无疑问,这些结果和方法将会部分地应用于 通常的非超对称理论如标准模型。在数学上,利用Seiberg-Witten的
结果,已经成功地发展了一套强有力的研究四维流形微分拓扑性质的 极有效的新方法。此外关于对偶性的研究又触发了人们对超弦理论的
新认识,这些突破对许多著名猜测将引起本世纪自相对论 和量子学以来的又一次重要革命。
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