n实验室弦论(第123版,修改)

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弦论

物理

物理学,数学物理,物理学哲学

调查、教科书和课堂讲稿


理论(物理学),模型(物理)

实验,测量,可计算物理学

重力

量子场论

高自旋几何

椭圆上同调

目录

想法

弦论是一种理论在基础上物理学当然,从数学上讲,它是一个在各种限制中包含过多量子场论它对实验高能物理的兴趣在于它提供了一个万物理论从基础物理学的角度来看,但这一点还没有定论。

下面我们指出了基本思想并提供了进一步细节的指针。另请参见弦论常见问题解答.

概念上:来自QFT世界线形式主义

微扰弦理论至少接近分类以下描述令人不安的 量子场论就总额而言费曼图.

回忆一下量子场论一种理解路径积分扰动级数膨胀,它解释散射幅S矩阵)作为一定金额分配给每个图表.

这些图表称为费曼图,分配给它们的数字称为(重整化的)散射幅(重整化)振幅图的和是摄动级数S矩阵.

分配给单个图形的振幅n个n个外缘被解释为n个n个“quanta”或“粒子“的”领域以图表所示的方式进行交互。

对于弦论思想的动机来说,关键是观察到赋予图形的这个(重整化的)振幅本身就是相关器图上的一维量子场论:描述这些粒子(相对论)量子力学的“世界线量子场论”。这通常是一个sigma模型用参数空间表示给定的图,用目标空间表示扰动级数计算路径积分的场所在的时空。

当明确表示时,这称为世界路线形式主义用于计算量子场微扰级数。(请参阅此处了解更多详细信息。)

微扰弦理论的前提是取代摄动级数图上一维QFT的超相关器乘以二维曲面上2-dQFT相关器的和,称为世界概况从而生成S矩阵这种方式。同样,在简单的情况下,这个2d QFT是一个sigma模型其目标是计算相互作用的时空。

从中抓取的图形朱尔克10

与前一种情况类似,人们认为以这种方式分配给曲面的振幅是边界弧的振幅——一串s–以曲面给定的方式进行交互。

考虑用曲面替换图形的一些动机如下:

  • 二维相关器的性能更好,因为它们不必被重新规范化。普通QFT重整化中出现的“反项”可以通过字符串的线性扩展对相关器的贡献来识别(有关更多信息,请参阅上述参考文献);

  • 所涉及的选择较少:费曼图实际上是一个装饰图,装饰来自一些或多或少的任意索引集,描述与给定边关联的粒子的性质以及与给定顶点关联的交互作用的性质。在曲面和中没有额外的修饰(曲面边界除外),人们发现一个单线图(给定曲面的2d QFT相关器)已经编码了许多粒子种类修饰和所有可能的相互作用修饰的和;

  • 虽然手动选择较少,但事实证明,从这个处方中自动产生的有效粒子含量在结构上恰好是人们希望的那种:弦微扰级数描述的无质量有效粒子恰好是规范玻色子,费米子根据他们的指控,尤其是,引力子s.这在结构上正是杨美尔理论的输入粒子物理的标准模型与微扰相结合量子引力那人会希望看到的。

这些方面激发了这样一种印象,即弦微扰级数可能比普通微扰量子场论更接近基础物理的真正形式主义。然而,以下问题抵消了这种印象:

  • 虽然世界表2d QFT(其相关器在表面上求和)本身比它们用于编码的全目标空间量子物理更容易处理,但只有在简单的特殊情况下,才能获得完整而严格的2d QFT理论。

  • 特别是,尽管与普通费曼微扰级数相比,弦微扰级数中涉及的任意选择较少,但仍然存在一个关键的选择,即此世界表2d QFT。通过上述,每一个世界表QFT的选择(称为“真空”的选择)都对应于有效目标空间几何体的选择(被认为是微扰级数计算量子微扰的几何体)和粒子含量(参见2光谱三重更多信息)。因此,人们希望了解所有有效目标空间几何形状和粒子含量接近实验观测值的世界表QFT的空间。在多年来处理或不处理这一问题的方法相当幼稚之后,至少最近人们普遍注意到,这里有一些东西需要更好地理解。

  • 更基本的是,量子场论中原始微扰级数的作用实际上还没有完全被理解。它的主要成功是观察到,以一种或多或少的特殊方式截断或重新填充扰动序列,它确实产生了非常好地描述过多真实世界测量的值。人们会想象有一个非微扰定义量子场论这样,在某些定义明确的情况下,扰动级数确实会得到近似值,并且是后部正当的。如果是这样,弦理论应该有一个类似的非微扰定义。有很大比例的猜测是关于这可能是什么,而不是关于它的可靠结果。

现象学上

因此,由于各种原因,微扰弦理论的前提在概念上具有启发性,但迄今为止与实验无关现象学(除了弦论的概念性见解有助于分析量子场论数据之外,参见弦理论结果在其他地方的应用). 因此,弦理论研究的大部分实质性成果更多是在数学物理(如果做得好,至少),探索量子场论和他们的紫外线补充剂,而非现实模型建筑物(尽管不乏尝试),但这仍然是非常投机的。这导致了关于弦理论对实际物理的价值的公开或半公开辩论。请参阅弦论批判用于指针。

刻度和(无)参数

(参见例如。arXiv:0908.0333)

另请参阅非扰动效应该部分Worldsheet和brane瞬间基本量表内容

临界弦理论与量子反常

这个动作功能对于一串-西格玛模型通常有一个量子异常两种类型:

  1. 对于玻色弦和超弦,相应的波利亚科夫动作有一个轨距异常对于共形对称性,取决于 d日d日属于目标空间,凭借地拉通背景字段。对于消失的膨胀场,这种异常正好消失d日=26d=26对于玻色模型d日=10d=10对于超弦.

    对于这些维度的目标空间,我们谈到临界弦理论就弦论与物理学的相关性而言,它通常被认为是在这个关键维度上。但也可以并且已经考虑了非关键字符串模型。

  2. 除了仪表异常外动作功能一串-sigma模型通常也有反常作用函数,原因有二:

    1. 这个高等完整性较高的背景测量场s通常不是函数,而是部分线路束;

    2. 费米子的路径积分超过世界概况-旋量超弦生成为Pfaffin管束.

    为了明确定义动作功能张量积这些不同的异常线路束在波士顿上空配置空间必须具有平凡类(as带连接的线束,偶数)。这导致了各种进一步的异常消除条件:

    1. 对于杂化串(必须关闭)异常消除条件称为Green-Schwarz机制:它表示的背景字段重力B字段必须组织到扭转差动弦结构其扭曲是由背景给出的Yang-Mills油田.

    2. 对于开放式II型管柱这种情况称为Freed-Witten异常取消条件:它说B字段到任何D-膜必须包含扭曲自旋碳结构在膜上。

      对这些II型异常的更详细分析见(DFMI公司)和(DFMII公司).

      另请参见Diaconescu-Moore-Writed异常.

小标题

成分

关键管柱模型

扩展对象

第张,共张出现在超重力/弦理论(有关分类,请参阅薄膜扫描).

在里面超重力指控d低于仪表场世界卷理论
黑色薄膜超重力高规范场SCFT公司
D-膜II型RR场超级杨美尔理论
(D类=2n个)(D=2n)IIA型\,\,
D(-2)-膜\,\,
D0-起重机\,\,BFSS矩阵模型
D2-起重机\,\,\,
D4-起重机\,\,D=5超级杨美尔理论具有霍瓦诺夫同调 可观察到的
D6-起重机\,\,D=7超级杨美尔理论
D8-膜\,\,
(D类=2n个+1)(D=2n+1)IIB型\,\,
D(-1)-膜\,\,\,
D1膜\,\,二维CFT公司具有BH熵
D3-起重机\,\,N=4 D=4超级杨美尔理论
D5-起重机\,\,\,
D7-膜\,\,\,
D9-膜\,\,\,
(p,q)-字符串\,\,\,
(D25膜)(波色弦理论)
NS-膜I型、II型、杂种圆n连接\,
一串\,B2场二维SCFT
NS5-膜\,B6场小弦理论
D膜拓扑字符串\,
A-膜\,
B膜\,
M-膜11D苏格拉/M理论圆n连接\,
M2-起重机\,C3场ABJM理论,BLG模型
M5-起重机\,C6场6d(2,0)-超协调QFT
M9膜/O9-平面杂色弦理论
M波
拓扑M2-起重机拓扑M-理论C3场G2-流形
拓扑M5-brane\,C6场G2-流形
S膜
SM2-膜,
膜瞬子
M5-brane瞬子
D3-起重机瞬子
孤子M5-起重机6d(2,0)-超正规QFT
自对偶串自对偶的 B字段
6d内3膜

散射振幅

椭圆属、椭圆上同调和tmf(tmf)tmf(tmf)

适当发展的理论椭圆型上同调很可能会对弦论的真正含义有所了解。(Witten 87,最后一句)

这个大容量限制配分函数超弦在给定的目标 时空是一个椭圆属那个歧管的(维滕87),的Witten属(请参阅此处了解更多信息)。

自从威滕属依次是去范畴化tmf的弦方向,这表明tmf公司-广义(Eilenberg-Steenrod)上同调对全弦理论进行分类,以细化D膜电荷(只有边界条件对于空弦)由提供K理论.

年宣布对这一想法进行非平凡的一致性检查(尼古拉斯14).

拓扑字符串

弦现象学

其他地方应用的弦论结果

超越了弦论作为观察背后的理论的推测性假设作用粒子物理学,该理论揭示了量子场论量子场论的概念结构以及具体理论及其具体性质。其中一些弦论结果在用于解释粒子物理实验的计算中至关重要,例如大型强子对撞机.

有关更多信息,请参阅

工具书类

概述

大众博览会:

关于的教科书弦理论M理论包括以下内容(有关更多信息,请参阅弦理论书籍):

课堂讲稿:

  • 中田佐治、陶润凯、横山大辅、,复旦大学弦理论讲座[[arXiv:2208.05179](https://arxiv.org/abs/2208.05179)]

  • C.Maccaferri、F.Marino、B.Valsesia、,弦理论导论[[arXiv:2311.18111](https://arxiv.org/abs/2311.18111)]

另请参见:

2016年大背景的快速调查:

  • 阿肖克·森,什么是弦论?,2016年石溪YITP50演讲[[pdf](http://media.scgp.stonybrook.edu/presentations/2016/20161010_Sen.pdf),pdf格式]

弦论作为量子引力:

年度会议

一篇概述以下信息的文章上同调的弦理论方面的模型,并列出了大量有用的进一步参考

Polyakov规范/字符串二元性

现在所称的关键理念全息的 二重性 弦理论特别是作为全息QCD(另请参见全息光前QCD)先入为主亚历山大·泊里雅科夫(参见中的历史注释波利亚科夫(2008))在这个名字下规范/字符串对偶性(参见中的历史回顾波利亚科夫(2008)),努力理解受限制的 质量控制文件质量差距问题)通过考虑颜色-通量管(威尔逊线)协议双方:夸克以动态方式:

早期建议受限制的 质量控制文件关于颜色-通量管作为一串-类似于动力学自由度:

[[旧个人页面]]:“我今年的主要兴趣[[1993?]]被指向弦理论属于夸克 监禁问题是找到法拉第的拉格朗日弦“力线”,这将再现来自杨美尔理论在小距离处遵循库仑定律监禁长距离的夸克。”

另请参阅

早期建议,由于Liouville油田在中看到量化玻色弦通过波利亚科夫动作,

这样的通量管被视为限制 被认为是一个探索更高维时空的空间全息原理其中实际时空显示为:

最终形成了AdS-CFT通信:

规范场和弦之间的关系提出了一个古老、有趣且尚未解答的问题。这个问题的完整答案对于理论物理来说非常重要。它将通过解释彩色电通量的动力学为我们提供夸克限制理论

以及找到字符串-QCD通信:

“在强耦合极限格点规范理论基本激励表示为闭合字符串由彩色电通量形成。在夸克存在的情况下,这些弦会打开并终止于夸克,从而保证了夸克的禁闭。此外,在SU公司(N个)SU(牛顿)规范理论弦相互作用普遍较弱N个N个这一事实使我们有理由期望,在物理意义上的连续极限(强耦合近似无法达到)中,理论的最佳描述应该包括通量线(字符串)而不是字段,从而使我们从麦克斯韦返回法拉第。换句话说,期望规范场和弦之间具有精确的对偶性是很自然的。我们面临的挑战是在这种对偶性的弦侧建立一个精确的理论。”

历史回忆:

“早在1974年著名的大型N个N个纸张,’t Hooft已经尝试寻找弦规连接。他的想法是,费曼图表的线条在某种意义上变得密集,可以描述为二维表面。然而,这与字符串的图片非常不同通量线有趣的是,即使是现在,人们通常也不会区分这些方法。事实上,对于通常的振幅,费曼图并没有变得稠密,磁通线图是合适的。然而,在某些情况下,t'Hooft的机制确实有效。”

  • 亚历山大·波利亚科夫,§1英寸:超越时空,英寸空间和时间的量子结构《第23届索尔维物理会议记录》,《世界科学》(2007年)[[arXiv:hep-th/0602011,pdf格式]]

  • 亚历山大·波利亚科夫,从夸克到字符串 [[arXiv:0812.0183]]

    发布为夸克、字符串及其他,第44节:保罗·迪·维奇亚等(编辑),弦论的诞生,剑桥大学出版社(2012)544-551[[doi:10.1017/CBO9780511977725.048]]

    “到77年底,我清楚地意识到我需要一个新的战略[[为了理解监禁]]我开始相信,要走的路是规范/字符串对偶性.[[]]

    经典地说,弦是无限细的,只有横向振动。但当我量化它时,有一个惊喜——一个额外的纵向模式,它是由于弦的量子“加厚”而出现的。这个新的场被称为刘维尔模式.[[]]

    “我一直在想轨距/弦的双重性。不久之后刘维尔模式人们发现,包括我自己在内的许多人都清楚,它的自然解释是,4d中的随机表面是由5d中飞行的弦描述的,而Liouville场扮演着第五维的角色。这句话的确切意思是,一般弦态的波函数依赖于四个质心坐标,也依赖于第五个质心,即刘维尔坐标。在最小模型的情况下,这个额外的维数与矩阵特征值有关,因此得到的空间是平坦的。”

    “由于这个5d空间必须包含规范理论所在的平坦4d子空间,度量的自然答案就是具有一定扭曲因子的Friedman宇宙。这个因子必须根据世界表上的共形对称条件确定。它对Liouville模的依赖性必须与重整化有关离子群流动。因此,我们得出了一幅迷人的画面——我们的4d世界是一个更基本的5d弦论的投影。[[]]

    “在这一点上,我确信我已经为规范/字符串对偶性。我参加了各种会议,告诉人们可以通过求解类爱因斯坦方程(来自世界表上的共形对称性)来描述规范理论。我的谈话几乎没有影响。这并不罕见,也没有给我带来多大困扰。是什么真正导致我推迟出版(波利亚科夫1998)几年来,我一直无法从方程中推导出渐近自由度。在这一点上,我应该注意到Klebanov 1997年其中他讲述了D3膜用杨·米尔斯的超对称理论描述同一物体的超重力。不幸的是,我错误地认为这篇论文与矩阵理论有关,我对此持怀疑态度。因此,我错过了这篇论文,它将为我的程序提供一个很好的特例。胡安·马尔达塞纳不久后全面介绍了这一特例(Maldacena 1997年)他的工作打开了闸门。”

详细专著:

高层建筑

来自nPOV公司/高层建筑:

更多技术细节

GUT公司

弦论为现实(手征)提供了一个框架这一观点的关键文章大统一理论量子引力

基于对Green-Schwarz异常消除.

椭圆属、椭圆同调和tmf

这个配分函数超弦被认为是椭圆属Witten属)英寸

这意味着字符串背景被分类为tmf(tmf)在中给出

量子异常

第二类讨论量子异常在中

讨论超级环 微扰理论(请参阅弦散射振幅)

  • 爱德华·维滕,超弦微扰理论再认识[arXiv:1209.5461](http://arxiv.org/abs/1209.5461)]

与弦理论相关的菲尔兹奖(及其他)工作

数学与弦理论密切相关并获得菲尔兹奖章包括以下内容。

里查德·波杰蒂斯, 1998

马克西姆·孔采维奇, 1998

爱德华·维滕, 1990

佩雷尔曼, 2006

玛丽亚姆·米扎哈尼, 2014

  • 黎曼曲面及其模空间的动力学和几何,包括维滕猜想

在(马德森07)上面写着关于证明(马德森·韦斯02)的芒福德猜想:

这些工具[[用于证明]]它们都相当古老,至少已有二十年的历史,人们可能会奇怪为什么它们以前没有被用于黎曼模空间。也许我们缺乏来自与物理学重新互动的灵感,如保角场理论。

历史

  • 乔尔·谢尔克,对偶模型和弦理论简介,修订版。物理学。47123(1975)[[doi:10.1103/RevModPhys.47.123](https://doi.org/10.103/RevModPhys.47.123)]

    (位于Nambu-Goto行动对于相对论弦,然后动机是解释量子强子动力学,参见。Polyakov规弦对偶)

  • 默里·盖尔曼(Murray Gell-Mann),介绍性发言避难岛II, 1983 (pdf格式)

    英寸:避难所岛II:1983年避难所岛量子场论和物理学基本问题会议论文集麻省理工学院出版社。第301-343页。国际标准图书编号0-262-10031-2。

  • 保罗·H·弗兰普顿,双共振模型与超弦,《世界科学》(1986)[[doi:10.1142/0249](https://doi.org/10.1142/0249)]

  • 阿列克谢·莫罗佐夫,弦论:它是什么?,苏联。物理学。乌斯普。35(1992)671-714[[doi:10.1070/PU1992v035n08ABEH002255](https://iopscience.iop.org/article/10.1070/PU1992v035n08ABEH002255)]

  • 约翰·施瓦兹,第二次超级巨星革命,在萨哈罗夫会议(莫斯科,1996年5月)上发表的座谈会级演讲,载于:COSMION 96:第二届国际宇宙粒子物理会议献给安德烈·萨哈罗夫75周年,莫斯科(1996)[[arXiv:hep-th/9607067](https://arxiv.org/abs/hep-th/9607067),塔尖:969846]

    (关于第二次超弦革命:实现D膜,弦论中的二重性M理论)

  • 安德烈亚·卡佩利(Andrea Cappelli)、埃琳娜·卡斯特拉尼(Elena Castellani)、菲利波·科罗莫(Filippo Colomo)、,保罗·迪·维奇亚(编辑),弦论的诞生,剑桥大学出版社(2012)[[doi:10.1017/CBO9780511977725](https://doi.org/10.1017/CBO9780511977725)]

  • 约翰·施瓦兹,弦论的早期:个人视角[arXiv:0708.1917](http://arxiv.org/abs/0708.1917)],

    发布为引力、统一和超弦,第3节:保罗·迪·维奇亚等(编辑)弦论的诞生,剑桥大学出版社(2012)37-[[doi:10.1017/CBO9780511977725.005](https://doi.org/10.1017/CBO9780511977725.005)]

    (关于弦理论直到“第一次超级环革命”Green-Schwarz异常-免费SO公司(32)SO(32) I型弦理论杂化串)

  • 齐亚诺,强子弦的升降,第2节:保罗·迪·维奇亚等(编辑),弦理论的诞生(2012)[[doi:10.1017/CBO9780511977725.004](https://doi.org/10.1017/CBO9780511977725.004),讲座视频:15073]

  • 保罗·迪·维奇亚,弦论的诞生[arXiv:0704.0101](https://arxiv.org/abs/0704.0101)]

    发布为:从S矩阵到弦理论,第11节:保罗·迪·维奇亚等(编辑),弦论的诞生,剑桥大学出版社(2011)156-178[[doi:10.1017/CBO9780511977725](https://doi.org/10.1017/CBO9780511977725)]

  • 亚历山大·波利亚科夫,从夸克到字符串[arXiv:0812.0183](https://arxiv.org/abs/0812.0183)]

    发布为夸克、字符串及其他,第44节:保罗·迪·维奇亚等(编辑),弦理论的诞生,剑桥大学出版社(2012)544-551[[doi:10.1017/CBO9780511977725.048](https://doi.org/10.1017/CBO9780511977725.048)]

    (于规范/字符串对偶性)

  • Dean Rickles,弦论简史,Springer(2014)[[doi:10.1007/978-3-642-45128-7](https://doi.org/10.1007/978-3-642-45128-7)]

  • 约翰·施瓦兹,20世纪的弦论,在字符串2016(pdf格式,pdf格式)

  • 伊藤浩史,弦理论的诞生理论和实验物理进展20166(2016)06A103[[arXiv:1604.03701](http://arxiv.org/abs/1604.03701),doi:10.1093/ptep/ptw063]

  • 拉斯·布林克,强子弦——在月亮的阴影下重温《物理学杂志》。A: 数学。西奥。53(2020)091001[[arxiv:1911.06026](https://arxiv.org/abs/1911.06026),doi:10.1088/1751-8121/ab6b93]

  • N.D.哈里·达斯,弦论的诞生[doi:10.1007/978-3-031-35358-117](https://doi.org/10.1007/978-3-031-35358-1_17)],第17章英寸:弦到弦——杨美尔磁通管、QCD弦和有效弦理论,物理课堂讲稿1018施普林格(2024)[doi:10.1007/978-3-031-35358-1]

关于S矩阵-接近质量功能测试鉴于弦论的起源:

  • Robert van Leeuwen,从S矩阵理论到字符串:分散数据和非任意性承诺[[arXiv:2403.06690](https://arxiv.org/abs/2403.06690)]

2024年6月17日07:34:45修订Urs Schreiber公司请参阅历史获取所有贡献的列表。