11维超引力概述

11维超引力简介

低质量部分

11维超引力概述

11维超引力，属于M理论中的一部分

张嘉年宇宙源于反(能量)宇宙:

我们所居住的“万有引力宇宙”(Universal of gravity)实是起源于“万有斥力的反(能量)宇宙”(Universal of repulsive force). 而“万有斥力”是与“万有引力”相反之力,亦称为“反引力”(Antigravity).“反引力”是一股“内推(内斥力)”加“外拉(外斥力)”之力,其中“内斥力”即内含能量的“暗能量”,而“外斥力”为不含能量的“负能量”. 因为这股“内推外拉”的“反引力”远远大于本宇宙的“总引力”高达15.7倍,故足以推动本宇宙“大霹雳创生”(big bang creation)以及之后的“宇宙大膨胀”(Universe inflation). 若无“反引力”而仅有“引力”的话,我们的“宇宙”将永远呈现为“紧缩态”(compactification state)的“宇宙大霹雳奇异点”(singularity).,那么就永远不可能发生宇宙“大霹雳创生”.“反宇宙”是无限大的宇宙(Infinity Universe),是本宇宙的“背景时空”(background spacetime), 亦是先于本宇宙而存在的“永恒宇宙”. 在无限大的“反宇宙”中存在着无限多个“有限生命”的“正宇宙”. 而本宇宙仅是无限多个“正宇宙”的其中一个.“万有斥力中之-内斥力暗能量”加上“万有斥力中之-外斥力负能量”, 进而使给“大霹雳奇异点”,由内向外推出并拉开,因此才会发生“宇宙大霹雳创生”.

11维超引(重)力场的五M弦内部结构图解“普朗克能量”的来源:“TOE-11维超引(重)力场”的“M超弦”

根据“超弦理论”(superstring theory)所述:宇宙中所有的“基本粒子”并非大小为0的点粒子,实际上“基本粒子”是由“弦”的不同振动及形状所组成. 故而对弦的定义为-无法测量,粗细为0,而且是“纯能量”的“线形聚集”,且弦亦非任何物质所构成,只要拉长,质量即会增加. 早期弦理论称为“玻色弦理论”,是为了完成“超统一场论”来一统全宇宙所有的“力”及“弦-粒子”(现称为“万有理论theory of everything-TOE”),因而计算出整个大宇宙可能有“26维时空”,但却仅有“10维时空”发生大暴胀而形成了“我们的宇宙”. 另外的“16维时空”未发生暴胀而成为量子场论中“紧化”(compactification)的“内秉空间”,因为这16维紧化的内秉空间,其组成结构,目前科学尚无定论,故本文暂不讨论. 本文主要讨论的是形成“我们的宇宙”的11维时空(注1),及其中1.22×1028eV至1.69×1011eV之间,这一大段的能量空档区之中,尚未发现而可能存在的超高能粒子及超弦.

如前所述:“我们的宇宙”起源于一个“大霹雳奇异点(singularity)”,这个“奇异点”在大暴胀前含本宇宙全部总质量,即11维超(引)重力. 而自“普朗克纪元”的t=0秒至5.38×10-44秒,这个“奇异点”经过了2326次分裂而成为11维时空起源的“E8×E8’混成型杂弦”(即TOE宇宙五M弦圈),＜见下页(图二-第6,7代弦圈)＞

本宇宙有2种可能的总质量:

1.可观测到“137亿光年”范围的质量约:1.79×1058g

2.最大的“普朗克密度”(Planck density)总质量约:5.157×1093g(注2)

1.本宇宙-可观测到137亿光年质量约:1.79×1058 g.

本宇宙的总质量:依狄拉克(Dirac)于70年代:按宇宙退行速度小于光速的一半为距离我们最近的可见宇宙边界而计算出,本宇宙可见范围内可能约有1078个质子,即宇宙总质量约:1054g,若同样以数十年前宇宙大小的数据为1028cm估计,则可见宇宙的质量约为1055g. 此后,又经过众多科学家多年的计算更新,增加为本宇宙可能约有1.071×1082个质子或1.968×1085个电子,因而算出本宇宙可观测的质量约为:1.79×1058g(质子质量1.672×10-24g×1.071×1082个质子),但此质量仍远比普朗克密度的本宇宙最大极限质量:5.1574×1093g小非常多,约小1035倍,. 但是近10年来,由于宇宙大暴胀(甚至可能是以超光速暴胀)的碓认和约为宇宙可见物质及可见能量总合20.7倍的宇宙暗物质及暗能量的发现. 再加上2008年WMAP卫星又观测出宇宙几乎是平坦的(“平坦的宇宙”代表的是:观测到的宇宙仅占“整个球面宇宙”非常小的区域,就像以人身的体积来看地球,无论怎么看,地球都是平的一样). 正因如此,现今宇宙科学家(包括前述的-狄拉克本人),大都认为-真实宇宙的大小是“无法观测”,而远超乎我们想像的. 按5.1574×1093g约=10117个质子的质量,而“充满质子中的强力”远大于-充满宇宙空间中“无限范围的引力”约1039倍,1039倍再乘上计算立体空间的3次方,即(1039)3正好=10117. 综合上述,故本宇宙总质量以下述:第2种普朗克密度5.1574×1093g/cm3的宇宙最大质量,可能性较高.

2.本宇宙-最大的普朗克密度总质量约:5.157×1093g(约=2.893×10126eV).

内含本宇宙最大总质量的5.157×1093g(2.893×10126eV)的“大霹雳奇异点”, 其中总能量的57.7%,即2.9758×1093g(约=1,6693×10126eV)在经过了2-326次方“一分为二”的旋转分裂后,而成为单位能量为“普朗克能量:1.221×1028eV(约=2.1768×10-5g)”的“E8×E8’混成型杂弦”(即TOE宇宙五M弦圈),又经过了再一次,即2-327次方“一分为二”的旋转分裂后,而成为其中约含1.367×1098个“E8×E8杂弦”简称“E型杂弦”(即GUT阴极宇宙弦圈),及1.367×1098个“SO(32)杂弦”简称“O型杂弦”(即GUT阳极宇宙弦圈),而“E,O二型杂弦”的单位能量为:6.1×1027eV(约=1.088×10-5g). 而普朗克能量,再经过了“一分为二”的60次(÷260)分裂后,即分裂出“八正道-重子家族”中的质子及中子,而再分裂至274次时,则分裂出e－电子. 上述3种粒子即:质子,中子,e电子,结合成原子,原子组成分子,分子最后再合成物质. 而“大霹雳奇异点”其馀总质量的42.3%,即2.181×1093g(约=1.2237×10126eV),则形成本宇宙的“真空能量场”.

“E8×E8’混成型杂弦”亦即TOE宇宙五M弦圈(见:下-图二上方中央第6代弦圈,详细的演化全图,见第五章:图1,图2),由内含8组8个TOE弦位元,共计64个TOE阴阳极弦位元所组成:左半边32个弦位元以TOE阴极弦位元为多数,占20个弦位元,而TOE阳极弦位元为少数,占12个弦位元,中间为“暗能量场”(见附录1:“暗能量”),而右半边32个弦位元则以TOE阳极弦位元为多数,同样占20个弦位元,而TOE阴极弦位元则为少数,亦占12个弦位元. 故11维维超重(引)力的“E8×E8’混成型杂弦”(TOE宇宙五M弦圈)是由8组8个弦位元,共计64个TOE阴,阳极弦位元所组成,其组合方式如下:(图二-第6,7代弦圈)

(右图二)一.第11维:TOE-Ⅰ型弦-1组,即“TOE宇宙五M弦圈”,左半边下方之1组,8个TOE弦位元,内含4个阴极弦位元 及 4个阳极弦位元

TOE-Ⅰ型弦分裂为:GUT-Ⅰ型弦,

二.第11维:TOE-ⅡA型弦-1组,即“TOE宇宙五M弦圈”,左半边上方之1组,

8个TOE弦位元,内含6个阴极弦位元 及 2个阳极弦位元

TOE-ⅡA型弦(TOE阴磁单极子):分裂为:GUT-ⅡA型弦(GUT阴磁单极子),

三.第11维:TOE-E型杂弦-2组,即“TOE宇宙五M弦圈”,左半边中之2组,

每组:8个TOE弦位元,内含5个阴极弦位元 及3个阳极弦位元

TOE-E型杂弦分裂为:GUT-E型杂弦.

四.第11维:TOE-Ⅰ型弦-1组,即“TOE宇宙五M弦圈”,右半边下方之1组,

8个TOE弦位元,内含4个阳极弦位元 及4个阴极弦位元

TOE-Ⅰ型弦分裂为:GUT-Ⅰ型弦

五.第11维:TOE-ⅡB型弦-1组,即“TOE宇宙五M弦圈”,右半边上方之1组,

8个TOE弦位元,内含6个阳极弦位元及 2个阴极弦位元

TOE-ⅡB型弦(TOE阳磁单极子):分裂为:GUT-ⅡB型弦(GUT阳磁单极子)

六.第11维: TOE:O型杂弦-2组-即“TOE宇宙五M宙弦圈”,右半边中2组,

每组:8个TOE弦位元,内含5个阳极弦位元 及 3个阴极弦位元

TOE:O型杂弦分裂为:GUT-O型杂弦.

(以上:ⅠA型弦,ⅡB型弦,O型杂弦,ⅡA型弦,E型杂弦, 扣除Ⅰ型弦重复在左右阴阳二极出现,所以仍为五种M弦,即11维TOE宇宙大霹雳五种M弦)

11维维超重(引)力的“E8×E8’混成型杂弦”(TOE宇宙五M弦圈),再以一分裂为二的模式-旋转分裂出二种“GUT大统一杂弦”,此即5.38×10-44秒的时空起源分裂(见上分图中-第7代“E8×E8杂弦”及“SO(32)杂弦”),分裂结果如下:

Ⅰ,左半圆以左旋分裂出:上图左下方之“E8×E8杂弦”(GUT阴极宇宙弦圈),内含:

一.GUT-Ⅰ型弦. 二.GUT-ⅡA型弦. 三.GUT-E型杂弦

“GUT阴极宇宙弦圈”之后组成“Y膜宇宙”最后再大

爆炸(暴胀)成本阳极宇宙的双生宇宙-阴极宇宙(影子世界)

Ⅱ,右半圆以右旋分裂出:右上图下方之“SO(32)杂弦”(GUT阳极宇宙弦圈),内含:

一.GUT-Ⅰ型弦. 二.GUT-ⅡB型弦. 三.GUT-O型杂弦.

“GUT阳极宇宙弦圈”之后组成“X膜宇宙”最后再大

爆炸(暴胀)成本阳极宇宙

(注1):11维时空即“十一维超重(引)力论”中,统一“宇宙4大作用力”:1引力,2强作用力,3弱作用力,4电磁力,的“超统一场”. 而前述26维时空中,未发生暴胀,而成为量子场论“紧化”的“16维-内秉空间”,除其中10维应为:双生的-阴极宇宙(影子世界),其馀6维则为更广大而未知的:“超统一场”(见上图一,图二).

(注2):普朗克宇宙密度(Planck density),这是宇宙大霹雳5.38×10-44秒时,本宇宙的最大质量密度,公式为:

ħ/C.mpl4=C5/ħG2 =mpm/mpl3=5.1574×1093g/cm3.(=2.893×10126eV)

由5个常数算出: 1普郎克(角动量)常数ħ=1.0545887×10-27耳格.秒.

2重力常数G=6.673×10-8公分3.公克-1秒-1.

3光速C=2.99792485×1010公分/秒.

4普朗克质量mpm=2.1768×10-5公克

5普朗克长度mpl=1.616×10-33公分

故本宇宙最大极限质量约为:5.1574×1093g(=2.893×10126eV)

11维超引力简介

超弦理论（特别是杂化超弦理论），是历史上首次对所有基本粒子和它们的相互作用（即自然中所有的力）提出的一个严肃认真的建议。下一步要从这理论中得出一些预言，并与基本粒子中已知的（或即将测到的）事实进行比较。比较后出现了一个惊人的结果：方程中得出了特征能量或质量（普朗克质量），这样，超弦理论开始直接显出一种近于完整的统一性。但是，与实验室中可探测现象的能量尺度相比较，等价于普朗克质量的能量，又太大了。这样，在实验室多少可以直接研究的基本粒子，统统属于超弦理论中的“低质量部分”（low-masssector）。

低质量部分

一群数量很大但又有限的粒子（例如100到200种），它们的质量低到在可预见的未来出现在加速器实验中。这些粒子和它们的相互作用构成超弦理论中的低质量部分。

所有其他粒子（它们有无限的数量）有巨大的质量，以至它们只能出现在虚效应里（例如量子虚交换时力的出现）。这些虚效应 （virtual effect）中有些可能具有关键的重要性，例如它们可以使爱因斯坦的引力理论成为超弦理论的一部分，而且不会出现不完美的无限性。

标准模型，包括3个费米子家族和它们的反粒子以及已知的12个量子，构成这个统一理论的低质量部分的一部分。引力子和零质量，显然也属于这个低质量部分，如其他已预言的粒子一样。

在物理学的历史上,超弦理论不但是迄今为止唯一的协调了量子力学与广义相对论的量子引力理论,而且提供了统一描写强,电磁,弱及引力等四种基本相互作用的可能性.1995年超弦理论经历了一次突破性的发展:Dirichlet-膜与弦论中各种对偶关系被揭示出来了.这一发现启动了弦论研究的世界性高潮,涌现出了许多重要的研究方向.例如雄心勃勃的"M理论"力图建立起11维的(非微扰的)理论框架,使目前的超弦理论作为它在10维非紧致时空的约化,使11维超引力理论作为它的低能经典极限."超弦唯象学"则力图建立起一个(3+1)维的超弦理论,使之成为10维超弦理论的低能极限,并为目前粒子物理学中的标准模型提供一个可靠的弦论背景.

超弦唯象学是超弦理论发展的主流方向之一.它立足于物理数学逻辑内在自治的超弦微扰论和久经实验考验的粒子物理学(唯象的)标准模型,通过寻找二者的联系,致力于发现超弦理论真正的真空.超弦唯象学的研究将极大地深化人们对时空结构和自然界基本相互作用的理解,是超弦理论最终接受物理实验检验的不可逾越的重要环节.1995年以前人们主要研究了杂化弦的唯象学.随着Dirichlet-膜的发现,现在的研究领域已经扩展到了所有的超弦微扰论.超弦唯象学的研究在国际上很热,美国和欧洲都有许多一流理论物理学家从事该领域的研究工作.然而在我国,就本人所知,只有为数不多的理论物理学家在超弦和M 埋论方面开展工作,且人员大多集中在中科院理论物理研究所,研究方向基本上都集中在M理论.这也许是因为国内的科研传统及有所为有所不为的取舍吧.