弦理論是發展中的理論物理學的一支，結合量子力學和廣義相對論為量子引力。弦理論用一段段「能量弦線」作最基本單位以說明世界上所有物質結構，大至星際銀河，小至電子、質子及夸克一類的基本粒子都由這一維的「能量線」所組成。中文文獻上，一般寫作「弦」或「絃」。
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。值得注意的是，弦理論目前尚未能做出可以實驗驗證的準確預測，關於這一點，以下內文會說明。
[编辑] 發展歷史
弦理論的雛形是在1968年由Gabriele Veneziano發現。有說法稱，他原本是要找能描述原子核內的強作用力的數學函數，然後在一本老舊的數學書裡找到了有200年歷史的Β函數，這函數能夠描述他所要求解的強作用力。事實並非如此，根據維內奇諾本人的說法，這個函數是他多年努力的結果，而那些「偶爾發現」以及「從數學書中發現」的傳言令他本人很不高興。不久後李奧納特·蘇士侃發現，這函數可理解為一小段類似橡皮筋那樣可扭曲抖動的有彈性的「線段」，這在日後則發展成「弦理論」。
雖然弦理論最開始是要解出強作用力的作用模式，但是後來的研究則發現了所有的最基本粒子，包含正反夸克，正反電子，正反微中子等等，以及四種基本作用力「粒子」（強、弱作用力粒子，電磁力粒子，以及引力粒子），都是由一小段的不停抖動的能量弦線所構成，而各種粒子彼此之間的差異只是這弦線抖動的方式和形狀的不同而已。
[编辑] 弦理論
[编辑] 玻色弦理論
最早期的弦論叫做玻色弦理論，南部陽一郎給出了最早的作用量，但是該作用量在場論的框架內難以量子化。此後亞歷山大·泊里雅科夫給出了一個等效的作用量，其幾何含義是把時空坐標視為一個世界面的純量場，並且在世界面上滿足廣義相對論的一般坐標變換規則。除此之外，如果要求這個作用量同時滿足在外爾變化下不變，那麼自然的會要求這個世界面是一個二維的曲面。
玻色弦理論是最簡單的一個弦論的模型，它最重要的物理圖像是認為物理粒子不是單純的點粒子，而是由於弦的振動產生的激發態。顯然它有很大的缺點，其一是它只簡單描述了純量玻色子，沒有將費米子引入框架內；其二沒有包含一般量子場論中的規範對稱性；其三是當研究它的質量譜時候發現，它的真空態是一組質量平方小於零的不穩定快子。所有這些問題在推廣到超弦理論後得到了很好的解釋。
[编辑] 超弦理論
另外，「弦理論」這一用詞所指的原本包含了26維的玻色弦理論，和加入了超對稱性的超弦理論。在近日的物理界，「弦理論」 一般是專指「超弦理論」，而為了方便區分，較早的「玻色弦理論」則以全名稱呼。1990年代，受絃對偶的啓發，愛德華·維頓猜想存在一11維的M理論，他和其他學者找到強力的證據，顯示五種不同版本的十維超弦理論與十一維超重力論其實應該是M理論的六個不同極限。這些發現帶動了第二次超弦理論革新。
[编辑] 弦理論與大一統理論
弦理論會吸引這麼多注意，大部分的原因是因為它很有可能會成為大一統理論。弦理論也可能是量子重力的解決方案之一。除了重力之外，它很自然的成功描述了各式作用力，包含了電磁力和其他自然界存在的各種作用力。超弦理論還包含了組成物質的基本粒子之一的費米子。至於弦理論能不能成功的解釋基於目前物理界已知的所有作用力和物質所組成的宇宙，這還是未知數。至今研究員仍未能找到一個弦論模型，其低能極限為標準模型。
[编辑] 額外維
額外維是相對於"四維時空" 而提出的一個概念，一般泛指的是理論在四維時空基礎上擴展出來的其它維度。 愛因斯坦提出宇宙是空間加時間組成的"四維時空"。1926年，德國數學物理學家西奧多·卡魯扎在四維時空上再添加一個空間維，也就是添加一個第五維，把 愛因斯坦的相對論方程式加以改寫，改寫後的方程式可以把當時已知的兩種基本力即「電磁力」和「引力」很自然地統一在同一個方程式中。至此，理論中存在額外 添加的維度統稱為「額外維」。
由於超弦理論的時空維數為10維，所以很自然的可以認為有6個額外的維度需要被緊化。當對閉弦緊化時，可以發現所謂的T-對偶；而對開弦緊化則可以發現開弦的端點是停留在這些超曲面上的，並且滿足Dirichlet邊界條件。所以這些超曲面一般被稱為「D膜」。 研究員稱D膜的動力學為「矩陣理論」（M理論)，是為「M」字之一來源。
[编辑] 物理或是哲學
物理學中未解決的問題: 是否存在一個精確描述宇宙中萬物的弦理論真空？它是否能以低能量數據一一地確定？
在未獲實驗證實之前，弦理論是屬於哲學的範疇，不能完全算是物理學。無法獲得實驗證明的原因之一是目前尚沒有人對弦理論有足夠的了解而做出正確的預測，另一個則是目前的高速粒子加速器還不夠強大。
科學家們使用目前的和正在籌備中的新一代的高速粒子加速器試圖尋找超弦理論裡主要的超對稱性學說所預測的超粒子。但是就算是超粒子真的找到了，這仍不能算是可以證實弦理論的強力證據，因為那也只是找到一個本來就存在於這個宇宙的粒子而已，不過這至少表示研究方向是正確的。
[编辑] 問題與爭論
雖然歷史上，弦理論是物理學的分支之一，但仍有一些人主張，弦理論目前不可實驗的情況，意味著它應該（嚴格地說）被更多地歸為一個數學框架而非科學。一個有效的理論，必須通過實驗與觀察，並被經驗地證明。不少物理學家們主張要通過一些實驗途徑去證實弦理論。[1] 一些科學家希望藉助歐洲核子研究組織（CERN，Conseil European Pour Recherches Nucleaires）的大型強子對撞機，以獲得相應的實驗數據——儘管許多人相信，任何關於量子引力的理論都需要更高數量級的能量來直接探查。[2]此外，弦理論雖然被普遍認同，但它擁有非常多的等可能性的解決方案。[3]因此，一些科學家主張弦理論或許不是可證偽的，並且沒有預言的力量。[4][5][6][7]
由於任何弦理論所作出的那些與其他理論都不同的預測都未經實驗證實的，該理論的正確與否尚待驗證。為了看清微粒中弦的本性所需要的能量級，要比目前 實驗可達到的高出許多。弦理論具有很多數學興趣的特性（features of mathematical interest）並自然地包含了標準模型的大多數特性，比如非阿貝爾群與手性費米子（chiral fermions）。因為弦理論在可預知的未來可能難以被實驗證明，一些科學家[8] 問，弦理論甚至是否應該被叫做一個科學理論。它現在還不能在波普爾的哲學含義中被證偽。但這也暗示了弦理論更多地被看做建設模型的框架。在同樣的形式中，量子場論是一個框架。[9]
弦理論的思想為物理學帶來了一個建議上超越標準模型的巨大影響。例如，雖然超對稱性是組成弦理論的重要一部分，但是那些與弦理論沒有明顯聯繫的超對稱模型，科學家們也有研究。因此，如果超對稱性在大型強子對撞機中被偵測到，它不會被看做弦理論的一個直接證明。然而，如果超對稱性未被偵測出，由於弦理論中存在只有以更加更加高的能量才能看出超對稱性的真空，所以它的缺乏不會證明弦理論是錯誤的。相反，如果日食期間觀測到太陽的引力未使光按預測的角度偏轉，那麼愛因斯坦的廣義相對論將被證明是錯誤的。（廣義相對論當然已被證明是正確的。）
在更數學的層次上，另一個問題是，如同很多量子場論，弦理論的很大一部分仍然是微擾地（perturbatively）用公式表達的（即為對連續的逼近，而非一個精確的解）。雖然非微擾技術有相當大的進步——包括猜測時空中滿足某些漸進性的完整定義——一個非微擾的、充分的理論定義仍然是缺乏的。
物理學中，弦理論有關應用的一個中心問題是，弦理論最好的理解背景保存著大部分從時不變的時空得出的的超對稱性潛在理論：目前，弦理論無法處理好時間依賴與宇宙論背景的問題。
前面提到的兩點涉及一個更深奧的問題：在弦理論目前的構想中，由於弦理論對背景的依賴——它描述的是關於固定時空背景的微擾膨脹，它可能不是真正基礎的。一些人把獨立背景（background independence）看做對於一個量子重力理論的基礎要求；自從廣義相對論已經是背景獨立的以來，尤其如此。
[编辑] 相關主題
相速度
维基百科，自由的百科全书
Frequency dispersion深水表面的
重力波。紅點以
相速度運動，綠點以
群速度運動。在這個例子中，紅點從左向右運動的過程中兩次跨過綠點，相速是群速的兩倍。
New waves seem to emerge at the back of a wave group, grow in amplitude until they are at the center of the group, and vanish at the wave group front.
For surface gravity waves, the water particle velocities are much smaller than the phase velocity, in most cases.
波的相速度或相位速度，或簡稱相速，是指波的相位在空間中傳遞的速度，換句話說，波的任一頻率成分所具有的相位即以此速度傳遞。可以挑選波的任一特定相位來觀察(例如波峰)，則此處會以相速度前行。相速度可藉由波的頻率f與波長λ，或者是角頻率ω與波數(wave number) k的關係式表示：
。
注意到波的相速度不必然與波的群速度相同，相速是波包中某一單頻波的相位移動速度；群速度代表的是「振幅變化」(或說波包)的傳遞速度，表示一段波包的包絡面上具有某特性（如幅值最大或最小）的點的傳播速度。
群速和相速只有是混合波（非單頻波）在頻散介質中傳播時才有差別。
電磁輻射的相速度可能在一些特定情況下(例如：出現異常色散的情形)超過真空中光速，但這不表示任何超光速的資訊或者是能量移轉。物理學家阿諾·索末菲與里昂·布里於因(Léon Brillouin)對此皆有理論性描述。
參閱色散以對波的各種速度有更完整的了解。
[编辑] 物質波相速度
量子力學中，粒子也具有波的行為，並帶有複數相位。透過德布羅意假說，我們可以得到：
運用相對論中能量與動量的關係式：
其中Ek是粒子總能(運動學觀點上，即靜質能加上動能)，p是粒子動量，γ是勞侖茲因子，c是光速，以及β是速度與c的比值。變數v可以是粒子速度或相應的物質波群速度。細節請參閱群速度條目。既然根據狹義相對論，帶質量粒子的速度v < c必然成立，因此相速度永遠大於c，即：
並且可以看到當粒子速度在相對論性範圍，相速度趨近於c。超光速的相速度並不違反狹義相對論，因其並不帶有任何資訊的傳遞。細節請參閱訊號速度條目。
群速度
维基百科，自由的百科全书
波的群速度，或簡稱群速，是指波振幅外形上的變化(稱為波的「調變」或「波包」)，其在空間中所傳遞的速度。想像一下我們將一塊石頭投入一個平靜的池塘中激起一個波浪，隨即變成一個中心平靜呈環形擴展的波環。這個正在擴展的波環為一組由不同傳播速度的獨立子波組成。波長較長的子波傳播速度較快並消失在整組波的前緣。波長較短傳播較慢的波隨著整組波內緣的推進而消失。
群速度通過下列方程式定義：
其中，
- vg是群速度
- ω是波的角頻率
- k是波數或波向量。
群速度常被認為是能量或資訊順著波動傳播的速度。多數情況下這是正確的，也因此群速度可被視為波形所帶有的訊號速度。然而，如果波行經過吸收性介質(absorptive medium)，這種情況就不一定成立。舉例而言，可以設計實驗將雷射光脈衝送過特殊準備的物質，使得其群速度大大地超過真空中光速。然而訊號速度總是低於或等於光速，因此超光速通訊是不可能。此外也可以將群速度減少到零，將脈衝停住，或者是得到負值的群速度，因為脈衝是以相反方向行進。
函數ω(k)將ω設為k的函數，被稱為色散關係。如果ω正比於k，則群速度恰等於相速度； 否則，波包在行進中將會逐漸扭曲。這樣的「群速度色散」在光纖中訊號的傳遞，以及短脈衝雷射的設計兩個課題上是個重要的效應。
群速度迥異於相速度的概念是首先由哈密頓於1839年提出，這方面完整的處理則出現在瑞立勳爵(Lord Rayleigh)的1877年的著作《聲理論》(Theory of Sound)中。
[编辑] 物質波群速度
愛因斯坦於1905年首先解釋了光的波粒二象性。路易·德布羅意提出了德布羅意假說指出任何粒子都應該表現出這樣的二元性。粒子的速度在他的看法，應該永遠等於相應物質波的群速度。德布羅意想到：若為世所知的光的二元性方程式和其他粒子會是一樣的，則他的假說會成立。這表示：
其中E是粒子總能，p是粒子動量，以及
是狄拉克常數。利用狹義相對論，我們會發現：
其中m是靜質量，c是真空中光速，以及γ是勞侖茲因子。變數v是不考慮波動行為的粒子速度。量子力學很精準地證實了這項假說，而且這項關係已經在粒子被明顯展示，粒子大小甚至可以大到如一些分子。
[编辑] 相關條目
訊號速度
维基百科，自由的百科全书
波的訊號速度是指一脈衝波行經介質的速度。其定義通常是根據脈衝呈最高強度半值的位置。
以電磁輻射如光而言，訊號速度通常等同於群速度，在此情形下，相速度 vp 可以超過真空中的光速 c，但訊號速度 vs 永遠會比 c 小或等於 c。例外發生在介質出現吸收共振現象的附近頻率（absorption resonance[1]），vg>c。
光在一般介質中傳輸時，vp<c，vg>c，但信號速度依然不高於 c。
[编辑] 相關條目
量子纏結
维基百科，自由的百科全书
2个分类:
量子遙傳
维基百科，自由的百科全书
量子遙傳（Quantum teleportation），又稱量子隱形傳輸或量子隱形傳送或量子隱形傳態或量子遠距傳輸或量子遠傳，是一種利用分散量子纏結與一些物理訊息（Physical information）的轉換來傳送量子態（Quantum state）至任意距離的位置的技術。量子遙傳並不會傳送任何物質或能量。這樣的技術在量子通信（Quantum Communication）與量子計算上相當有幫助。
住戶編號:1196300
檢舉原因
心情: 
，即兩個量子態的張量積。 下標1和2表示這是電子1和電子2的量子態，我們採取
表示自旋的
表示自旋的
選擇性地
，也可寫成
或
。我們可以從電子1狀態是
這一邊。
