一些物理學(xué)家堅(jiān)信“弦論景觀”，認(rèn)為得出的大量的數(shù)學(xué)上的解，每個(gè)解對(duì)應(yīng)的方程可以描述一個(gè)宇宙。偶然之間，他們發(fā)現(xiàn)在這些解中，有一個(gè)與我們的宇宙有著相同粒子組成的方程子集。這是一個(gè)至少有千萬(wàn)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(lái)自微小的弦的振動(dòng)。在數(shù)學(xué)上，這些弦應(yīng)該在10維時(shí)空中振動(dòng)。但我們只是生活在三維空間和一維時(shí)間中，其余的六個(gè)維度無(wú)法探測(cè)到，被“緊致化”（compactified）到極小的尺度上。

 

　　不同的緊致化方式會(huì)導(dǎo)致不同的解。弦論中的每個(gè)解代表了一種真空，受到耦合的愛(ài)因斯坦引力理論和量子場(chǎng)論控制。每個(gè)解都描述了一個(gè)獨(dú)特的宇宙，這個(gè)宇宙里有獨(dú)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(shí)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(guò)去二十年間，弦論發(fā)展出一個(gè)新的分支，稱(chēng)為F理論（F-theory）。運(yùn)用這個(gè)新理論，科學(xué)家可以處理相互作用較強(qiáng)，或者說(shuō)強(qiáng)耦合的弦。

 

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

 

　　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(duì)應(yīng)的解。數(shù)學(xué)家一直在獨(dú)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(gè)龐大的工具包，”同來(lái)自賓夕法尼亞大學(xué)的LingLin說(shuō)，“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(guó)東北大學(xué)的JamesHalverson等人已經(jīng)利用這種方法找到了一類(lèi)弦論的解，其中弦的振動(dòng)模式可以得出與標(biāo)準(zhǔn)模型描述的粒子相似的費(fèi)米子譜系（也就是物質(zhì)粒子），例如，解中的費(fèi)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(lèi)費(fèi)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(xiàng)新工作表明，至少有千萬(wàn)億個(gè)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(gè)數(shù)量級(jí)。“這是最大的標(biāo)準(zhǔn)模型解集合，”Cvetic說(shuō)，“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(wàn)億相對(duì)于F理論中的景觀解（大概1010272000）來(lái)說(shuō)，并不是很大。但它仍然是一個(gè)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(wèn)題。我們應(yīng)該認(rèn)真深入地去研究。”Halverson說(shuō)。

 

　　進(jìn)一步研究將與現(xiàn)實(shí)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(wàn)億解的空間中，某些解的耦合方式可能會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子在可觀察的時(shí)間尺度內(nèi)衰變。這顯然與實(shí)際不符，因?yàn)闀簳r(shí)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)?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(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)模型粒子譜，又保留了一種數(shù)學(xué)對(duì)稱(chēng)性，也就是R奇偶校驗(yàn)（R-parity）的解。“這種對(duì)稱(chēng)性禁止某些質(zhì)子衰變過(guò)程。從粒子物理的角度來(lái)看非常吸引人，但一直沒(méi)有出現(xiàn)在現(xiàn)有的模型中。”Lin說(shuō)。

 

　　此外，這項(xiàng)工作的前提是超對(duì)稱(chēng)存在，也就是說(shuō)所有標(biāo)準(zhǔn)模型粒子都有伴侶粒子。弦論需要這種對(duì)稱(chēng)性來(lái)保證解的數(shù)學(xué)一致性。

 

　　然而，為了使超對(duì)稱(chēng)理論與可觀測(cè)的宇宙相吻合，必須要打破對(duì)稱(chēng)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(shí)驗(yàn)中觀察到這樣的粒子。

 

　　至關(guān)重要的是，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）的實(shí)驗(yàn)也證明了，即使超對(duì)稱(chēng)理論是正確的，它在LHC可探測(cè)能量范圍內(nèi)并沒(méi)有被打破，因?yàn)長(zhǎng)HC尚未發(fā)現(xiàn)任何超對(duì)稱(chēng)粒子。

 

　　弦論學(xué)家認(rèn)為，超對(duì)稱(chēng)性可能只會(huì)在極高的能量下被破壞，而且暫時(shí)沒(méi)法在實(shí)驗(yàn)上達(dá)到。“弦論的期望是高能下的超對(duì)稱(chēng)的破壞，這與LHC的數(shù)據(jù)完全一致，是完全有可能的，”Halverson說(shuō)，“至于能否實(shí)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(duì)這項(xiàng)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(shuō)：“這是在用弦論解釋標(biāo)準(zhǔn)模型粒子特性時(shí)，非常重要的一步。”

 

　　“這是一項(xiàng)非常好的工作，”F理論的始創(chuàng)人，哈佛大學(xué)的CumrunVafa說(shuō)，“事實(shí)上，通過(guò)改變幾何和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不僅可以滿(mǎn)足愛(ài)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(huì)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(gè)獨(dú)特的解會(huì)有我們的世界相契合。“我相信會(huì)有一個(gè)的，”他說(shuō)。但是，“要證明這點(diǎn)并不容易。”