超弦理论可能有应用吗 李淼 北京大学讲座ppt 2009年.ppt

2020年2月9日星期日 超弦理论可能有应用吗 李淼中国科学院理论物理研究所北京大学2009 06 22 2020年2月9日星期日 1 作为基本理论的弦论2 弦论与量子色动力学3 弦论与宇宙学4 全息原理与凝聚态物理 2020年2月9日星期日 1 作为基本理论的弦论弦论的目的 a 解决引力量子化的问题b 统一各种基本相互作用 2020年2月9日星期日 a 解决量子引力问题引力量子化 引起发散 2020年2月9日星期日 弦与弦的相互作用 弦论的确可以解决引力量子化的发散问题 2020年2月9日星期日 b 统一基本相互作用弦论原则上可以包容粒子标准模型的所有场和相互作用 还能做得更多 包容不同的相互作用 坏处 不能确定哪个 真空 被自然所选择 2020年2月9日星期日 弦论的landscape 至少有所谓个 真空 这些真空的宇宙学常数可以不同 相互作用可以不同 2020年2月9日星期日 所以 经常有人说 弦论没有预言 当然 这还在争论中 也许弦论的确没有预言 2020年2月9日星期日 Strominger的成绩单 2020年2月9日星期日 2 弦论与量子色动力学其实 弦论起源于研究强相互作用 2020年2月9日星期日 Nambu是发现弦论的人之一 2020年2月9日星期日 全息原理 AdS CFT 2020年2月9日星期日 具体这是AdS空间加5维球面 对偶于N 4D 4超对称Yang Mills理论 2020年2月9日星期日 对偶的要素 AdS中的场 如引力子 对偶于场论中的算子 AdS中的相互作用 对偶与场论中的关联函数 AdS中的黑洞 对偶于场论中的热系统 2020年2月9日星期日 夸克 胶子等离子体 RHIC实验 长岛 Brookhaven 主环周长38公里 核 核碰撞 每个核子能量平均为200Gev 平均每个核子碰撞产生20个粒子 2020年2月9日星期日 初始能量密度超过格点规范计算的临界值 170Mev获得的流体几乎是理想流体对于喷注来说 流体是不透明的正是夸克 胶子等离子体 2020年2月9日星期日 格点规范可以研究一些静态的热力学性质但不能研究传输性质 如粘滞系数AdS CFT的计算表明 实验 的确很小 接近理论值 和JetQuenching指数 实验 5 2020年2月9日星期日 还可以用AdS QCD研究强子谱 结果也和实验接近 当然 距离用holography理解色禁闭的机制还很远 将来也许有一天可以用场论理解量子引力在某种意义上这种理解已经开始了 如黑洞熵 2020年2月9日星期日 3 弦论与宇宙学暴涨论 暗能量 宇宙弦 等等 可以为暴涨论提供模型还不能真的理解暗能量宇宙弦应该存在 假如弦论是正确的 2020年2月9日星期日 暴涨论宇宙在早期有一个极为短暂的加速膨胀时期 发生了 宇宙的尺度膨胀了大约倍清洗了任何更早期的宇宙遗迹产生了原始的密度涨落 2020年2月9日星期日 2020年2月9日星期日 驱动宇宙暴涨的很可能是一个 或几个 标量场 标量场需要一种特别的势能 例如势能的走势很平坦 突然出现一个谷 2020年2月9日星期日 构造那样的势能需要多势能做精细的调节 弦论并没有真正解决这个问题 但弦论提供了一些模型 例如 膜暴涨模型 2020年2月9日星期日 膜暴涨 膜来自弦论 2020年2月9日星期日 两个膜之间产生的能量可以驱动暴涨 2020年2月9日星期日 膜之间的碰撞会自然产生宇宙弦 2020年2月9日星期日 关于暗能量 我同意Strominger的成绩单 弦论得到的分数是F 因为所谓的stringlandscape解释观测到的微小的宇宙学常数需要用到 人择原理 2020年2月9日星期日 人择原理的对话 2020年2月9日星期日 弦论在宇宙学中的 应用 研究才刚刚开始除了提供暴涨模型之外 我们还期待 给可能观察到的非高斯密度涨落提供解释可能通过CMB揭示量子引力效应可能通过伽玛射线揭示Lorentz破坏 2020年2月9日星期日 4 全息原理与凝聚态物理AdS CFT对偶只得关键是共形对称性 2020年2月9日星期日 在反deSitter时空中 AdS 共形对称性是时空整体对称性 在场论中 共形对称性是场论的量子性质 一般地 即使某个不具备共形对称性的系统 在高能端恢复这种对称性 所以QCD可以用AdS CFT来研究 2020年2月9日星期日 具体的对应在高维时空中的传播子两点函数 2020年2月9日星期日 在凝聚态系统中 经常出现共形不变性 例如在临界相变点 最近研究得较多的是量子相变 2020年2月9日星期日 与粒子物理不同 凝聚态系统的高能端一般没有共形对称性 也没有相对论性不变性 只是在所谓的fixedpoint附近 有共形不变性 或者更一般的 2020年2月9日星期日 Z 1是通常的标度不变性 Z 2叫做Lifshitzfixedpoint 例如 一个2 1维的相互作用标量场可以具有这个fixedpoint 非相对论性 一个反铁磁系统 2020年2月9日星期日 2020年2月9日星期日 Z 3 这可有一个顺磁系统实现 游历费米子系统 2020年2月9日星期日 在类似AdS CFT的全息描述中 全息对偶不再是反deSitter空间 而是边界上有新的标度对称性的时空 2020年2月9日星期日 例子 导电与导热系数 理论计算 2020年2月9日星期日 石墨烯 graphene 的实验结果 2020年2月9日星期日 例子 谱密度 下面是密度 密度谱函数 2020年2月9日星期日 例子 量子临界输运 下图是推迟格林函数中极点 磁场的函数 2020年2月9日星期日 例子 杂质 下图是计算获得的弛豫时间倒数 2020年2月9日星期日 例子 超导 Condensate 2020年2月9日星期日 电导率 2