Only Perception: 弦論地景新解：膜的穿隧

2007-10-31

弦論地景新解：膜的穿隧

Brane trust: tunneling and stringy physics
http://www.physorg.com/news112963812.html

October 30, 2007
By Miranda Marquit

"這事常在科學當中發生：每個人都會貢獻出他們的一小部份，然後在多年的艱苦研究後，終於形成一幅完整的圖像，" Amanda Weltman 表示。
Weltman，一位在 Cape Town 大學與劍橋大學的科學家，相信她與她的同僚發現謎題的另一部份，尤其是關於弦論（string theory）的那個部份。"我們採用量子場論（quantum field theory）中所開發的一種工具，並用它來研究弦的物理學。"

Weltman 與她的同事，在劍橋大學的 Adam Brown 與 Saswat Sarangi，以及在科羅拉多大學的 Benjamin Shlaer 以一篇在 Physical Review Letters 上發表，題為「Enhanced Brane Tunneling and Instanton Wrinkles」的論文來解釋她們的研究。

Weltman 表示，她對於了解力學，即在弦論中所謂的地景（landscape），最感興趣。

"在弦論早期，人們希望只有唯一一種基礎狀態（ground state，譯註：ground 也指地面）來描述我們的宇宙。" 她描述一個在二山丘中間的山谷，並指出還有其他擁有最低點，或稱為真空（vacua），的山谷存在。

"那裡可能有像真空這樣的地景，而且有各種不同的方式可以到達那裡，" 她繼續說。"對可能值全般地景的領悟，為這個領域開啟了新的問題。"

Weltman 表示，她們 "問了一個相當基本的問題：若宇宙是屬於無數個這種真空的其中一個，那麼它會在那停留多久？" 為了回答這個問題，她們 "研究不同真空之間的穿隧（tunneling），包含弦的自由度。"

"穿隧概念在量子理論中存在好一陣子了，" 她指出。"這個想法是，若你有個量子粒子撞到一面牆，那麼該粒子出現在牆另一邊的機率，不像其古典的對應理論，並不會為零。我們正依著弦論裡，弦與膜（brane）之中的上下脈絡研究這樣的穿隧，而非只是量子理論當中的粒子。"

秉持著山谷這樣的構想，Weltman 解釋山谷當中一個場，會試著到達山頭的另一邊 -- 然後進入另一個山谷中。"你可能會認為當藩籬愈高，愈難到達那裡，就好像你要繞過一座山一樣。" 她停頓一下。"不過它不是以那種方式運作的。而是當障礙愈高，穿隧愈容易。"

Weltman 說，那使用量子的老技巧來研究更加複雜的弦論的地景，結果，獲得大家意料之外的答案。她所談到的是 D-branes 的穿隧，那位於弦的末端。這些膜代表弦論中弦的邊界。 Weltman 將其視覺化，說那是一個膜在一段歐亞甘草（licorice）的任一個末端（譯註：這比喻很難理解... XD）。

在一封 e-mail 中，Weltman 解釋膜的穿隧如何作用："我們對於這種結果的詮釋並非場穿隧過去，而是一個新的膜-反膜對（brane-antibrane pair）在另一邊被創造出來，然後這個「反膜」穿隧回來，消滅掉原來的膜。藉由將障礙提高，這種對的集結（nucleation）會被加強，也因此穿隧會跟著加強。你會得到一個比你原先所預期還要更快的穿隧。"

現在，如同許多弦論，膜穿隧概念依然在早期階段。"下一件事是要研究具體模型。" Weltman 說她們已經在進行了。"我們要儘可能的明確，並看看它如何改變人們之前所抱持的觀點。"

她繼續說："在其他研究領域中，人們正在研究這些真空，並尋求真空的分類，那能賦予我們在標準模型中所預期的特徵 -- 粒子的質量、它們的耦合以及世代的正確數目（譯註：目前實驗結果強烈指出只有三個世代）。並解釋為何我們處在這樣一種真空狀態，我們必須了解弦論的力學。"

困難之處是要讓它正確。"在同一時間得到每樣東西並不容易，特別是當我們將宇宙論的常數納入其中時，" Weltman 承認。"任何驅使我們到達宇宙論常數的小值，卻不讓我們成為零的任何機制將令人信服。"

※ 推薦先看下面這本霍金的書，再來看本文。她的膜穿隧讓人想到哈哈鏡當中的影像。

＊胡桃裡的宇宙（The universe in a nutshell）
http://www.books.com.tw/exep/prod/booksfile.php?item=0010178429

＊ Enhanced Brane Tunneling and Instanton Wrinkles
http://link.aps.org/abstract/PRL/v99/e161601