一些物理學(xué)家堅信“弦論景觀”，認(rèn)為得出的大量的數(shù)學(xué)上的解，每個解對應(yīng)的方程可以描述一個宇宙。偶然之間，他們發(fā)現(xiàn)在這些解中，有一個與我們的宇宙有著相同粒子組成的方程子集。這是一個至少有千萬億解的解集，也是迄今為止在弦論中發(fā)現(xiàn)最大的。

 

　　在弦論中，所有粒子和基本力都來自微小的弦的振動。在數(shù)學(xué)上，這些弦應(yīng)該在10維時空中振動。但我們只是生活在三維空間和一維時間中，其余的六個維度無法探測到，被“緊致化”（compactified）到極小的尺度上。

 

　　不同的緊致化方式會導(dǎo)致不同的解。弦論中的每個解代表了一種真空，受到耦合的愛因斯坦引力理論和量子場論控制。每個解都描述了一個獨特的宇宙，這個宇宙里有獨特的基本粒子、基本力及其他屬性。

 

　　一些弦論學(xué)家在努力尋找弦論與現(xiàn)實宇宙特性之間的聯(lián)系，尤其它是與粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型之間的聯(lián)系。標(biāo)準(zhǔn)模型描述了所有已知粒子和除引力之外的所有作用力。

 

　　在這些嘗試使用的弦論模型中，弦通常是弱耦合的，然而在過去二十年間，弦論發(fā)展出一個新的分支，稱為F理論（F-theory）。運(yùn)用這個新理論，科學(xué)家可以處理相互作用較強(qiáng)，或者說強(qiáng)耦合的弦。

 

　　“驚喜的是，強(qiáng)耦合下的弦論可以通過幾何來描述。”賓夕法尼亞大學(xué)的MirjamCvetic說。

 

　　這意味著弦論學(xué)家可以使用代數(shù)幾何分析F理論中額外維緊致化的方式以及對應(yīng)的解。數(shù)學(xué)家一直在獨立地研究F理論中的幾何形式。“他們?yōu)槲锢韺W(xué)家貢獻(xiàn)了一個龐大的工具包，”同來自賓夕法尼亞大學(xué)的LingLin說，“正是幾何學(xué)為F理論構(gòu)建了如此強(qiáng)大的框架。”

 

　　現(xiàn)在，Cvetic、Lin、美國東北大學(xué)的JamesHalverson等人已經(jīng)利用這種方法找到了一類弦論的解，其中弦的振動模式可以得出與標(biāo)準(zhǔn)模型描述的粒子相似的費米子譜系（也就是物質(zhì)粒子），例如，解中的費米子也有三代（在標(biāo)準(zhǔn)模型中，電子、μ子和τ子就是同一類費米子的三代成員）。

 

　　Cvetic及同事發(fā)現(xiàn)的F理論解也有標(biāo)準(zhǔn)模型下的手性粒子，這些解準(zhǔn)確重現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)模型粒子的“手征譜”。例如，解中的夸克、輕子和我們宇宙中的一樣，分別是左手和右手性的。

 

　　這項新工作表明，至少有千萬億個解與標(biāo)準(zhǔn)模型中的粒子有相同的手征譜，比此前找到的解多10個數(shù)量級。“這是最大的標(biāo)準(zhǔn)模型解集合，”Cvetic說，“有些意外的是，這樣的解出現(xiàn)在強(qiáng)耦合弦論體系中，是幾何學(xué)幫到了我們。”

 

　　千萬億相對于F理論中的景觀解（大概1010272000）來說，并不是很大。但它仍然是一個非常巨大的數(shù)字，“它可以幫助我們解決粒子物理中非常重要的問題。我們應(yīng)該認(rèn)真深入地去研究。”Halverson說。

 

　　進(jìn)一步研究將與現(xiàn)實世界中的粒子物理學(xué)建立更強(qiáng)的聯(lián)系。研究人員仍需研究F理論下粒子之間的耦合或相互作用，而這又取決于額外維緊致化的幾何細(xì)節(jié)。

 

　　在千萬億解的空間中，某些解的耦合方式可能會導(dǎo)致質(zhì)子在可觀察的時間尺度內(nèi)衰變。這顯然與實際不符，因為暫時沒有實驗?zāi)芸吹饺魏钨|(zhì)子衰變的跡象?；蛟S，物理學(xué)家可以尋找既滿足標(biāo)準(zhǔn)模型粒子譜，又保留了一種數(shù)學(xué)對稱性，也就是R奇偶校驗（R-parity）的解。“這種對稱性禁止某些質(zhì)子衰變過程。從粒子物理的角度來看非常吸引人，但一直沒有出現(xiàn)在現(xiàn)有的模型中。”Lin說。

 

　　此外，這項工作的前提是超對稱存在，也就是說所有標(biāo)準(zhǔn)模型粒子都有伴侶粒子。弦論需要這種對稱性來保證解的數(shù)學(xué)一致性。

 

　　然而，為了使超對稱理論與可觀測的宇宙相吻合，必須要打破對稱性。否則，伴侶粒子將具有與標(biāo)準(zhǔn)模型粒子相同的質(zhì)量，但是顯然我們從未在實驗中觀察到這樣的粒子。

 

　　至關(guān)重要的是，大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC）的實驗也證明了，即使超對稱理論是正確的，它在LHC可探測能量范圍內(nèi)并沒有被打破，因為LHC尚未發(fā)現(xiàn)任何超對稱粒子。

 

　　弦論學(xué)家認(rèn)為，超對稱性可能只會在極高的能量下被破壞，而且暫時沒法在實驗上達(dá)到。“弦論的期望是高能下的超對稱的破壞，這與LHC的數(shù)據(jù)完全一致，是完全有可能的，”Halverson說，“至于能否實現(xiàn)，還需要進(jìn)一步分析。”

 

　　盡管有不少缺陷，但其他弦論學(xué)家對這項新工作表示了贊同。麻省理工學(xué)院的弦論學(xué)家華盛頓·泰勒（WashingtonTaylor）說：“這是在用弦論解釋標(biāo)準(zhǔn)模型粒子特性時，非常重要的一步。”

 

　　“這是一項非常好的工作，”F理論的始創(chuàng)人，哈佛大學(xué)的CumrunVafa說，“事實上，通過改變幾何和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不僅可以滿足愛因斯坦方程，還能得到我們想要的粒子譜。”

 

　　但Vafa和Taylor也表示，目前這些解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能與標(biāo)準(zhǔn)模型完美匹配，但會是弦論的終極目標(biāo)之一。Vafa也認(rèn)為，盡管弦景觀解集如此大，總有一個獨特的解會有我們的世界相契合。“我相信會有一個的，”他說。但是，“要證明這點并不容易。”