物理理論兩大基礎:

1，物理理論基礎(物質基本性質)。

2，物理基本分析方法(受力分析，物質之間相互作用的受力分析)。

“量子力學”的難點是“測不準原理”，為什麼會“測不準”呢？因為：

凡是物體只有固定才有形式，

凡是形式只有固定才有名稱，

凡是名稱只有和物與形應當，

才可以稱為萬物命名的原理！

這個基本原理用管子的話是：

“物固有形，

形固有名，

名當，謂之聖人！”%

可是中華第一賢相——管子的古典哲學著作都被孔子之徒——儒家一概否定了！一概抹殺了！

千秋功過！誰人曾與評說？

這正是在“天子皇帝專政”的舊中國——積貧積弱、落後捱打的原因！

從以前的認識來說弦理論只是一種假說模型，一種為了解釋現象而發展出來的“猜測”的理論，這種理論以數學和現有的理論作為依據，但並沒有大量的實驗來直接證實其預測（例如超對稱粒子一個都還沒有找到）。

弦論可以說是部分建立在量子力學之上的，弦論內部也有許多探討量子引力產生的機制，其中一些可能很奇怪，例如Coleman-Deluccia氣泡產生的口袋宇宙。但不幸的是，到目前為止，在弦論內部涉及的這些過程並不比在半經典的廣義相對論中更清晰。

上圖：Coleman-Deluccia瞬子，揭示了宇宙的量子起源。

因此，現在還不能斷定超弦理論能否解釋量子力學的種種奇異現象。不過一些研究進展也值得一提。

弦論簡述

長期以來，物理學家一直試圖將量子力學和廣義相對論結合起來，並雖然到目前為止兩者似乎都僅在各自的領域發揮作用。

弦理論最早是在1970年代提出的，它解決了量子引力不一致的問題，並提出物質的基本單位是一種微小的弦，而不是一個點，並且物質唯一可能的相互作用是連線或分裂的弦。

四十年後，物理學家仍在嘗試弄清弦論的規則，弦論似乎需要一些有趣的初始條件（例如額外的維度，這可能解釋了為什麼夸克和輕子具有電荷、顏色和“味道”才能彼此區分）。

目前，還沒有一組規則可用於解釋可觀察宇宙中發生的所有物理相互作用。

在很大程度上，科學家使用經典的牛頓力學來描述重力如何將月球保持在其軌道上，或者噴氣發動機的力量為何將噴氣機向前推進。牛頓力學很直觀，通常可以用肉眼觀察。

在極小的尺度上，例如比原子小1億倍，科學家則必須使用相對論量子場論來描述亞原子粒子的相互作用以及將質子、中子、原子核和原子內的夸克和輕子結合在一起的力。

上圖：超弦理論的基本概念

量子力學簡述

量子力學常常是違反直覺的，諸如允許粒子同時出現在兩個位置，已經從原子到夸克被反覆驗證。它已成為了解物質與能量小距離相互作用寶貴且準確的框架。

量子力學作為模型在小尺度上非常成功，但它包含一個大謎團：它無法解釋可預測宇宙中每個點的位置和動量的不確定性的基礎量子交換律。

交換律並沒有從更基本的角度得到解釋，但是已經透過最強大的加速器所探測到的最小距離在實驗上得到了驗證。顯然，該法則是正確的，但是研究者渴望在某種程度上解釋其背後更深的物理現象，可是困難在於，沒有關於該主題的實驗資料——目前，如此小尺度的測試超出了科學家的技術能力。

上圖：量子力學的基本概念，量子的波屬性似乎啟發了弦理論的發展。

粒子的波函式——符合薛定諤方程（完整方程包含時間依賴性）

波函式是在x處探測到粒子的機率

考慮環上的粒子：波函式是週期性的，包含了正弦和餘弦波

疊加：將波函式加在一起，不是簡單地把機率直接相加。

這種環上的波的形式已經非常接近超弦的概念。但超弦理論從量子的微觀概念開始，後來又發展出了宏觀的膜理論，但似乎仍然難以解決微觀與宏觀的相容性。

弦理論仍然難以解決量子力學與廣義相對論的不相容

量子力學被定義“在”空間上，並且時間不會因能量而變化。時間被認為是恆定的（或更像是自變數）。而廣義相對論則指出能量會彎曲時空，而時間不是恆定的，是會變化的。

其次的問題是，在廣義相對論中能量不是全域性守恆的。在量子力學中，一切都基於守恆。因此，兩者並不完全相容。

可能存在一些數學上的不相容性，例如重整化，這對廣義相對論不起作用。

重整化是量子力學中的一個數學技巧，允許透過某種方法，諸如場的統計力學以及自相似幾何結構等等，透過更改數量來補償自互動效應來處理推導過程中產生的各種無限項。

上述第一點指的就是理論物理學當中所謂的背景獨立性問題。

背景獨立性是理論物理學中的一個條件，它要求理論的定義方程與時空的實際形狀和時空內各個場的值無關。特別是，這意味著不能引用特定的座標系——該理論必須是無座標的。此外，應允許不同的時空配置（或背景）作為基礎方程式的不同解決方案。

上圖：弦理論、量子力學以及廣義相對論以及迴圈量子理論之間的關係。

理論物理學家對背景獨立性有不同的主張態度。一些人認為它非常重要（例如“迴圈量子引力”的創始者），另一些人則只將其視為低能理論的獨特特徵（在高能下背景的效應會消失）。

當然，事實是，任何物理理論都必須依據其做出的預測是否得到實證來確認，而不是看哪種理論更更討人喜歡或貌似更完美。這就是為什麼量子引力研究早前誤入歧途的原因。

弦理論最初是用固定背景下存在的某種物理實體——弦來表述的。弦的波動行為被推測為類似於弦所處的背景的波動。這要求間接證明：弦譜中的模式之一精確地對應於引力子（背景時空的擾動量子）；結果證明，用於世介面共形不變性的重整化群-流方程暗示了愛因斯坦對於背景時空的方程式。

因此，弦論絕對不是背景獨立的，但這並不意味著它與背景無關。

超弦理論家聲稱，超弦可能是某些獨立於背景的理論的第一個量化擾動版本。候選理論可能就是M-理論，或者某種透過AdS/CFT在邊界上建立的理論。儘管對M-理論的基本表述的大多數探索都是在與背景相關的環境中進行的。

上圖：AdS/CFT對偶的內涵

毫無疑問，背景獨立性確實是廣義相對論的很好的物理見解。但是，我們接受物理理論的依據是，它們可以很好地預測實驗結果，而不是基於它們的基本原理看起來非常“漂亮”。超弦理論都尚未給出能夠透過實驗驗證的單個數值預測，因為此理論給出了大量相互矛盾的預測，而且現在或可預見的將來都無法透過實驗驗證。

因此，弦理論仍然無法解釋量子力學中與廣義相對論不相容的那些奇怪現象。

利用弦論來解釋量子力學的努力

而一些研究人員近年提出了弦場理論與量子力學之間的聯絡，這可能為使用弦場理論（或更廣泛的版本，稱為M-理論）作為所有物理學的基礎開啟大門。

研究人員沒有使用量子力學來驗證弦場理論，而是倒過來——使用弦場理論來嘗試驗證量子力學。

研究者們使用了更清晰的語言重新定義了弦場理論，並指出，一組基本的量子力學原理（稱為“換向規則”）可以從弦的連線和分裂的幾何結構中得出。此論點可以用大大簡化的數學結構來表達。其基本要素仍然是假設所有物質都是由弦組成的，並且唯一可能的相互作用是按照弦場理論的版本進行連線/拆分。

上圖：從狹義相對論衍生出來的經典量子力學交換關係。包括四位位移、四維速度、四維動量、四維波向量、四維梯度的交換律。

總結

目前還沒有證據表明超弦理論能夠解釋量子力學中的各種奇怪現象，不過物理學家們也有進展，我們拭目以待吧（只是拭目的時間會有點長，O(∩_∩)O~）。