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膜 (物理學)

指数 膜 (物理學)

弦論與相關的超重力理論中,膜(brane)為一物理實體,將點粒子的概念推廣至更高維度。舉例來說,點粒子可以視為零維的膜,而弦則可視為一維的膜;更高維的膜也可能存在。在p維度的情形,這些膜稱為p膜。膜的英文字brane源於另個英文字membrane,後者指的是二維膜。格雷格·穆爾 (2005) 膜是動力學物體,在時空中行進,所根據的是量子力學的規則。它們帶有質量與其他性質,例如電荷。一個p膜的行進在時空中掃出了(p+1)維度的體積,稱之為世界體積(worldvolume)。物理學家研究類似於電磁場的場物理,這些場存在於膜的世界體積。 弦論中,D膜為一類重要的膜,與開弦有關。當開弦在時空中行進,開弦的端點必須在D膜上。D膜的字母D表示一項數學條件,稱作狄利克雷邊界條件。D膜的研究導出重要的成果,比如AdS/CFT對偶,在量子場論的許多問題中具有重要角色。.

13 关系: 弦 (物理學)弦理論电磁场D膜超重力點粒子膜宇宙學量子力学量子场论電荷M理论时空

弦 (物理學)

物理學中,弦是弦論與相關理論中的物理實體。不同於零維或點狀的基本粒子,弦是一維的實體。以弦為基礎實體的理論會自動產生許多基礎理論中成立的特性。更特別的是:依照量子力學規則演化與交互作用的弦自動包括了量子重力的描述。 弦論中,弦可以是開弦(形成有兩端點的線段)或閉弦(形成一個環),並可擁有其他特性。在1995年之前,共有五種能含有超對稱概念的弦理論,彼此間的差異在於弦的類別以及其他面向考量。而今這些弦理論被視為一個單一理論的極限情形,此單一理論稱作M理論。 在以弦論為基礎的粒子物理中,理論的特徵長度為普朗克長度;在這尺度下,據信量子重力效應會變得顯著。在比較大的尺度比如實驗室尺度,弦與點粒子就無法明顯區分,而弦的振動狀態則變成粒子的類別。弦有時也出現在核物理領域,被用來建構流量管的模型。 當弦在時空中穿越時,弦行經而掃出的二維表面稱為-世界-面,類比於點粒子所掃出的世界線。弦物理可由與世界面相關的二維共形場論來描述;在弦理論以外,二維共形場論也應用在凝態物理、純數學部份領域。 Category:弦理論.

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弦理論

弦理論,又稱弦論,是发展中理論物理學的一支,结合量子力学和广义相对论为万有理论。弦理論用一段段“能量弦線”作最基本單位以说明宇宙里所有微观粒子如電子、夸克、微中子都由這一維的“能量線”所組成;換而言之,弦論主張「弦」以不同的振動模式對應到自然界的各種基本粒子。 較早時期所建立的粒子學說則是認為所有物質是由零維的點粒子所組成,也是目前廣為接受的物理模型,也很成功的解釋和預測相當多的物理現象和問題,但是此理論所根據的粒子模型卻遇到一些無法解釋的問題。比較起來,弦理論的基礎是波動模型,因此能夠避開前一種理論所遇到的問題。更深的弦理論學說不只是描述弦狀物體,還包含了點狀、薄膜狀物體,更高維度的空間,甚至平行宇宙。弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的準確預測。.

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場在漢語中,指平坦的空地。有很多特定用法和不同含義,主要如下:.

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电磁场

電磁場(electromagnetic field)是由帶電粒子的運動而產生的一種物理場。處於電磁場的帶電粒子會受到電磁場的作用力。電磁場與帶電粒子(電荷或電流)之間的交互作用可以用馬克士威方程組和勞侖茲力定律來描述。 電磁場可以被視為電場和磁場的連結。追根究底,電場是由電荷產生的,磁場是由移動的電荷(電流)產生的。對於耦合的電場和磁場,根據法拉第電磁感應定律,電場會隨著含時磁場而改變;又根據馬克士威-安培方程式,磁場會隨著含時電場而改變。這樣,形成了傳播於空間的電磁波,又稱光波。無線電波或紅外線是較低頻率的電磁波;紫外光或X-射線是較高頻率的電磁波。 電磁場涉及的基本交互作用是電磁交互作用。這是大自然的四個基本作用之一。其它三個是重力相互作用,弱交互作用和強交互作用。電磁場倚靠電磁波傳播於空間。 從經典角度,電磁場可以被視為一種連續平滑的場,以類波動的方式傳播。從量子力學角度,電磁場是量子化的,是由許多個單獨粒子構成的。.

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D膜

'''D膜'''示意圖:開弦端點以狄利克雷邊界條件固定在其上 在弦論中,D-膜是一種物體可以讓開弦的端點以狄利克雷边界条件固定的地方。 D-模是1989年由Dai, Leigh和約瑟夫·波爾欽斯基發現,另外較罕為人知的是,切赫·荷拉伐在1989年也曾獨立發現D-膜。約瑟夫·波耳欽斯基在1995年發現了D-膜其實和超重力的解-黑p-膜是一樣的東西。這個發現促使了第二次弦論革命,還有全像對偶和M理論對偶的發現。 D-膜通常以它的維度作分類,可以在D後面加入維度數做表示,如D0-膜是一個點,D1-膜是一條線(有時又稱作D-線),D2-是平面等,其中D25-膜是在玻色弦理論(bosonic string theory)所考慮到維度最高的空間。除此之外,還有跟即時子同性質固定在時間和空間中的D(-1)-膜。.

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超重力

#重定向 超引力.

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點粒子

點粒子是物理裡頭常使用的一種粒子理想化的概念。 其主要的特色是維度為零,不佔有空間。 當情況在與物體的大小、形狀、結構無關時,點粒子是一個合適的描述。 舉例而言,只要離得夠遠,形狀任意的物體都會看似於一個點。 在討論重力時,物理學家習慣用一個「點質量」去描述一個具有質量但不具有結構的粒子。 類似的情況,在電磁作用中「點電荷」代表一個帶電荷的粒子。 有時由於特殊的組成性質,即使相距不遠,物體仍可視作為點粒子。 例如一個其交互作用遵守平方反比定律的球形物體,它的作用等同全部的物質集中在球心的點上。 在牛頓重力和古典電磁學中,在球面之外的場等同一個位於球心的具有相同質量/電荷的點粒子產生的場。 I. Newton, A. Motte, J. Machin (1729), p. 270–271 在量子力學裡,這個概念變得比較複雜。 由於海森堡的不確定性原理,一個不具有結構的粒子所佔據的空間仍不為零。 例如一個氫原子軌道上的電子,其所占據的空間約 10-30 m3 。 此外,這當中電子與夸克這類的不具結構基本粒子與質子這類具有結構的複合粒子(質子由三個夸克構成)也有所不同。 基本粒子有時也被稱作「點粒子」,但這與上面討論的概念不同。 (細節請見基本粒子).

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膜宇宙學

膜宇宙學(Brane cosmology)是一個物理學上超弦理論和M理論的的分支,專門研究宇宙膜,他們認為宇宙其實是鑲在一些更高維度的膜。而它們研究那些更高維度的膜是怎們影響著我們的宇宙。.

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量子力学

量子力学(quantum mechanics)是物理學的分支,主要描写微观的事物,与相对论一起被认为是现代物理学的两大基本支柱,许多物理学理论和科学,如原子物理学、固体物理学、核物理学和粒子物理学以及其它相关的學科,都是以其为基础。 19世紀末,人們發現舊有的經典理論無法解釋微观系统,於是經由物理學家的努力,在20世紀初創立量子力学,解釋了這些現象。量子力學從根本上改變人類對物質結構及其相互作用的理解。除透过广义相对论描写的引力外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。 愛因斯坦可能是在科學文獻中最先給出術語「量子力學」的物理學者。.

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量子场论

在理論物理學中,量子场论(Quantum field theory)是由量子力學和狹義相對論互相融合後的物理理論。已被廣泛的應用在粒子物理學和凝聚體物理學中。量子場論為描述多自由度系統,尤其是包含粒子產生和湮滅過程的過程,提供了有效的描述框架。非相對論性的量子場論又稱量子多體理論,主要被應用於凝聚體物理學,比如描述超導性的BCS理論。而相對論性的量子場論則是粒子物理學不可或缺的組成部分。自然界中人類目前所知的基本相互作用有四種:強相互作用、電磁相互作用、弱相互作用和引力。除去引力的話,另外三種相互作用都已找到了合適滿足特定對稱性的量子場論來描述:強作用有量子色動力學;電磁相互作用有量子電動力學,理論框架建立於1920到1950年間,主要的貢獻者為保羅·狄拉克,弗拉迪米爾·福克,沃爾夫岡·泡利,朝永振一郎,施溫格,理查德·費曼和弗里曼·戴森等;弱作用有費米點作用理論。後來弱作用和電磁相互作用實現了形式上的統一,通過希格斯機制產生質量,建立了弱電統一的量子規範理論,即GWS(Glashow, Weinberg, Salam)模型。量子場論成為現代理論物理學的主流方法和工具。 而這些交互作用傳統上是由費曼圖來視覺化,並且提供簡便的計算規則來計算各種多體系統過程。.

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電荷

在電磁學裡,電荷(electric charge)是物質的一種物理性質。稱帶有電荷的物質為「帶電物質」。兩個帶電物質之間會互相施加作用力於對方,也會感受到對方施加的作用力,所涉及的作用力遵守庫侖定律。电荷分为两种,「正电荷」与「负电荷」。带有正电荷的物质称为「带正电」;带有负电荷的物质称为「带负电」。假若两个物质都带有正电或都带有负电,则称这两个物质「同电性」,否则称这两个物质「异电性」。两个同电性物质会相互感受到对方施加的排斥力;两个异电性物质会相互感受到对方施加的吸引力。 电荷是许多次原子粒子所拥有的一种基本守恒性质。称带有电荷的粒子为「带电粒子」。电荷决定了带电粒子在电磁方面的物理行为。静止的带电粒子会产生电场,移动中的带电粒子会产生电磁场,带电粒子也会被电磁场所影响。一个带电粒子与电磁场之间的相互作用称为电磁力或电磁交互作用。这是四种基本交互作用中的一种。.

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M理论

M理論(M-theory)是物理學中將各種相容形式的超弦理論統一起來的理論。此理論最早由愛德華·威滕於1995年春季在南加州大學舉行的一次弦理論会议中提出。威滕的報告啟動了一股研究弦理論的熱潮,被稱為。 弦理論學者在威滕的報告之前已經識別出五種不同的超弦理論。儘管這些理論看上去似乎非常不一樣,但多位物理學家的研究指出這些理論有着微妙且有意義的關係。特別而言,物理學家們發現這些看起來相異的理論其實可以透過兩種分別稱為S對偶和T對偶的數學變換所統合。威滕的猜想有一部份是基於這些對偶的存在,另有一部份則是基於弦理論與11維超重力場論的關係。 儘管尚未發現M理論的完整表述,這種理論應該能夠描述叫膜的二維及五維物體,而且也應該能描述低能量下的11維超引力。現今表述M理論的嘗試一般都是基於矩陣理論或AdS/CFT對偶。威滕表示根據個人喜好M應該代表Magic(魔術理論)、Mystery(神秘理論)或Membrane(膜理論),但應該要等到理論更基礎的表述出現後才能決定這個命名的真正意義。 有關M理論數學架構的研究已經在物理和數學領域產生了多個重要的理論成果。弦理論學界推測,M理論有可能為研發統合所有自然基本力的統一理論提供理論框架。當嘗試把M理論與實驗聯繫起來時,弦理論學者一般會專注於使用額外維度緊緻化來建構人們所處的四維世界候選模型,但是到目前為止,物理學界還未能證實這些模型是否能產生出人們所能觀測到(例如在大型強子對撞機中)的物理現象。.

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时空

时空(时间-空间,时间和空间)是一种基本概念,分别属于物理学、天文学、空间物理学和哲学。并且也是这几个学科最重要的最基本的概念之一。 空间在力学和物理学上,是描述物体以及其运动的位置、形状和方向等抽象概念;而时间则是描述运动之持续性,事件发生之顺序等。时空的特性,主要就是通过物体,其运动以及与其他物体的相互作用之间的各种关系之汇总。空间和时.

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