lmm1999

相对论、超对称性和超弦理论
超弦论的基础是粒子的超对称性(Supersymmetry)假说。如前两节所说，粒子分为全整数自旋粒子和半整数自旋粒子两大类，它们分别满足交换对称性和交换反对称性。  
超对称性就是要将这两大类粒子融合于统一的数学体系中。这也是统一场论的主旨，将所有构成原子的粒子以及传递粒子统一在通用的理论框架内。在超弦理论中，粒子由时空中弦的波动代表，以不同种方式摆动的弦即代表不同的粒子；粒子的生成与吸收，对应于弦的分解与合并。用弦理论描述引力(引力子对应的弦)，便可以将引力论(广义相对论)纳入量子力学理论体系中去了。  

与超弦理论类似，近年来有一种超膜理论，它需要十一维度的时空才能协调。  
统一场论还不是个成熟的学说。超弦理论中，除了那个难看的多维空间外，它还能导致时空中的某些量不收敛。不过，超弦论者坚信，这些无穷大最终可以在某些弦的变体中被对消掉，但这仅仅是猜想，迄今还没有一套完善的理论对付那些无穷大。  

超弦论的实验验证和证伪存在著极大的困难，由于那些额外维度的空间被卷曲得如此之小，必需建造一个尺度大如银河系的粒子加速器才行。这是一个令人啼笑皆非的沮丧结论，似乎意味著它和李X志先生的“高层次空间”同样摸不着边际。然而，物理学家们试图在大爆炸时期所留下的蛛丝马迹中寻找超弦理论的根据。某个大爆炸模型认为，初期“暴胀”(inflation)阶段产生了一种叫作“宇宙弦”(cosmic strings) 的东西。有些论者因此得到灵感，断言最初的宇宙充满著的弦环，弦环旋转运动中产生引力波，能量耗尽时，它们能象“种子”一样催生出星系星团；甚至有些论者导出弦能够在初始宇宙的等离子体中“吹”出巨大的真空。今天，物理学家正努力寻找这些宇宙初期的遗迹，以期象当年找到3K辐射背景而验证大爆炸理论那样证明超弦理论的合理性。

直至目前，我们今天能够知道的比较著名的时空理论大约有两种。一是唯一永恒的时空理论，认为宇宙当中只有一个永恒不变而且是统一的“时间——空间”体系。这一理论所带来的宇宙观包括托勒密的“地心”说、哥白尼的“日心”说和建立在牛顿力学体系基础上的星云学说。二是唯一可变的“时间——空间”体系。此类观点同样认为宇宙当中只有统一的“时间——空间”体系。但是时间和空间之间能够相互转化，而且它们都会随着运动物体的速度而改变，还会随着引力场的巨大改变而“翘曲”。
爱因斯坦已经发现，时间和空间是物质本身的属性。这一点对于揭露时间和空间的实质至关重要。他甚至走得更远，发现了时空的“翘曲”和“转换”。只是因为没有摈弃“唯一的时空体系”，才使他没有取得更大的成就，甚至于得出宇宙“奇点”的误会。至于某些后人主要以牛顿力学为基础（尽管他们自以为参考了相对论）得出目前盛行于理论物理学界的宇宙大爆炸理论和“模”理论，实在不应该归咎于爱因斯坦本人。
一、时间的起源  
实际上，对于不同的系统而言，时间和空间的具体意义是不同的。我们通常所说的时间实际上是许多系统内部周期性运动的复合结果。我们常用的时间实际上是地球的公转、月亮的公转和地球的自转的复合周期体系。在这个复合体系中，主要包括着三种周期，我们通常分别称之为年、月、日，在它们相互复合的时候，就呈现出相互比较的换算关系。于是就有了一年等于十二个月、一个月大约等于三十天。如果根本就不曾有过月球的话，那么也就不会产生“月”这种时间单位。实际上，就象地球的自转与月球的公转之间没有必然联系一样，“天”和“月”之间也没有什么必然的关系。作为时间单位，它们与其他时间单位的意义是平等而且各自独立的。只是出于纯粹是地球生命主观的比较结果，我们才会误以为“天”是“月”和“年”的一部分，“月”是由“天”构成的。按照这样的误会推断下去，就会得出有一个最大的永恒的而且是统一的时间单位的结论。这个误会自打有史以来伴随我们直到今天。水星上没有昼夜变化，也就不会产生“天”或“日”这样的时间单位。如果把我们常用的钟表也考虑在内的话，机械钟表、电子表、石英表分别通过各种指针的旋转周期、电子电路的计算周期和石英晶体的自振周期计量和标记时间。
以上关于时间的例子虽然是个别的，但是却可以推广到所有时间单位的起源。尽管我们有时不是以周期而是以节律来衡量时间，但是所有的节律都不外乎是某种周期的“片段”。如果宇宙（我们暂且仍然称之为宇宙）当中没有任何物质存在，也就没有宇宙，时间也无从产生。如果宇宙当中所有物质的运动都没有相对稳定的周期，也就不会有任何有意义的时间。所以说，无论从现实意义上还是从本质属性上来说，时间都是且只是物质存在系统周期性运动的反映，是物质存在系统所固有的属性。
二、空间的起源和各种空间的表现
跟时间的情形差不多，空间是物质存在系统在结构方面的属性。各种系统的附属空间与系统本身的结构是一致的。由于地球的结构是球型的，所以它的附属空间也是大致以地心为球心的球型的，平行于地面的平面实际上是平行于地面的球面，这种平面当中的直线实际上是平行于地面的圆弧。不平行于地面的平面和直线的情形有些复杂，因为与地球自转有关。在考虑了地球自转的影响之后，我们眼中呈现直线下落的自由落体轨迹实际上是抛物线轨迹。其他情况可以以此类推。
双星系统的近星空间有些近似于纺锤形。如果我们要在双子星的近星地空间当中放上一颗观测卫星的话，这颗卫星的运动轨迹就应该是接近于∞形。而其远星空间呈以双星为近似球心的球型空间。
二、空间的起源和各种空间的表现
跟时间的情形差不多，空间是物质存在系统在结构方面的属性。各种系统的附属空间与系统本身的结构是一致的。由于地球的结构是球型的，所以它的附属空间也是大致以地心为球心的球型的，平行于地面的平面实际上是平行于地面的球面，这种平面当中的直线实际上是平行于地面的圆弧。不平行于地面的平面和直线的情形有些复杂，因为与地球自转有关。在考虑了地球自转的影响之后，我们眼中呈现直线下落的自由落体轨迹实际上是抛物线轨迹。其他情况可以以此类推。
双星系统的近星空间有些近似于纺锤形。如果我们要在双子星的近星地空间当中放上一颗观测卫星的话，这颗卫星的运动轨迹就应该是接近于∞形。而其远星空间呈以双星为近似球心的球型空间。
当时空被莫名其妙地扩展成十维、十一维乃至二十六维的时候，当空间被解释成一爿丑陋的烂橘子皮或一根畸形的破水管的时候，当穿越时间隧道被科幻作家形容得悲惨壮丽好像走火入魔的气在食道里乱窜的时候，当系统内的一大堆参数被搬来拨去追求最佳效果宛若瞎猫折腾臭鱼烂虾的时候，您是不是觉得我们做错了什么？以如此高昂的代价换取统一场理论，值么？
是的，如果宇宙当真如统一场论描述的那样，毫无疑问，值！
可是我们就没犯方向性错误？当年托勒密用三佰个周转圆的天动理论体系，计算出的天体运行结果，比用哥白尼《 天旋论》(De Revolutionibus Orbium)中的地动理论体系更吻合于观察；当年引进光的传播介质“以太”和导入的“洛伦兹短缩”也很好地解释了光行差现象和光在流动水中传播的实验结果。但今天我们知道，“周转圆”和“以太”并不存在于现实世界中。
难道我们又出错了？如果是的话，到底错在哪儿？
莫非，物理学上的另一次革命的曙光已露端倪？

铺平你的纸张，并，削尖你的铅笔！…
且慢！你可以怀疑，但要推翻一个理论，还需用科学的手段！
的确，无论科学界还是非科学界，不少人怀疑统一场论的思想方法能否建立起一个能描述真实的宇宙模型。然而科学毕竟是科学，那些画几个圈涂两个字的业余科学家哲学家的时空观，只能显示从两千多年前老子墨子庄子起便不长进的思想。科学需建立在观测的基础上，对未知进行推断，由逻辑证实且能用实验证伪。当今理论物理学家们想要建立的统一场理论便是沿著科学的道路向前摸索着的。
科学的方法，说起来并不复杂，核心便是老老实实认认真真。首先是观测结果的归纳，接著是假说的设定，然后推理演绎诠释结论，最后不断地证伪直至体系被推翻。
什么是科学？Karl Popper提出个界定科学的证伪标准(Falsification Principle)：凡不能利用实验证伪的体系不能称之为科学体系；即使是只有单一的证据能够反驳一个一般性的说法，便足以推翻那个说法的可信性。证伪标准来源于维也纳哲学学派逻辑实证主义者(Logical Positivism)，这个学派认为：一切关于自然界的论点全是没有意义的，除非它是可以实验的。举例来说，“咪咪是女的”便是可以重复验证的，交给河马便能执行实验了；而“小资的色彩是蓝色的”，或许能引发起某些人心灵上的翻江倒海和脸蛋上的浊涕清泪，但那不是科学的判断，因为即使你呼天号地寻死觅活地去捍卫或诋毁那个“蓝色的小资”，也不可能找到一个实验来证伪“小资是蓝色的”。
量子场论和广义相对论带给我们一个全新的物理世界诠释，对这些理论的证伪也从未间断过。几十年来，围绕这两大理论产生出不少观点。其中，试图将这两大理论统一的尝试尤其引人入胜，因为由此我们可以得到一个全能的理论---自然界的单一化叙述：所有的物理现象可以从一个基本原理衍生出来。
让我们简单看看统一场论的内容和方法。