弦论女孩走红背后，以及弦理论到底是个啥？(10)

上世纪70年代，南部阳一郎和当时还是学生的米谷明民发现了一件非常有趣的事情，闭弦所传递的相互作用力，恰好就是我们想要去解释的引力这一基本相互作用力。但是他很快又发现一个很严重的问题，一根普通的弦在时空中振动，它只能够解释玻色子，但是构成这个世界的最基本的物质实际上是一种叫“费米子”的东西。
“费米子”是什么？比如，我在这里转一个圈，转360度就转回来了，而费米子不是，得转两圈才能转回来。电子、质子、夸克都是费米子，为什么构成这个世界的基本粒子必须是费米子？因为费米子有一个非常特殊的性质，叫做泡利不相容原理。泡利不相容原理是指任何两个相同的费米子，比如两个电子，不能同时占据同样的轨道，如果没有这样的性质，所有的电子都待在离原子核最近地方，就没有元素周期表了。正是由于这个原理，才有了元素周期表，使得有丰富化学性质的物质构成了绚丽多彩的世界。但是，一根弦在时空里运动、振动时不能产生费米子。为了解决这个问题，人们就需要引进超对称。
超对称是什么？我们通常描述普通的时空坐标，就是X轴、Y轴，还有另一个轴，它的坐标可以用一个数字表示，比如这个数字是位置距离原点一厘米或一分米，我们可以拿这个数字来做乘法，1×1等于1，但是为了得到一个费米子，人们发明了另一种奇怪的数字，叫做格拉斯曼数，它自己和自己相乘等于0。泡利不相容原理告诉我们，两个相同的费米子是不能处于同样的状态的，所以引入一个超空间后，原来的弦理论就变成了超弦理论，于是就可以实现费米子。
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从弦理论到超弦理论
夏笳：用这样一套数学的方式来计算费米子，它的自旋、质量与观测到的电子、夸克是一样的，这样就诞生了超弦理论，超弦就是因为引入了超对称。
黄庆国：是的，它与我们通常接触到的时空结构不一样，我们将它称为超空间。
夏笳：很多时候，我们谈到弦理论就会谈到多维空间，其实它们不是一回事，这个空间是一个数学空间的概念，不是现实的物理空间，它只能用数学的方式去表达，至少目前为止，我们感受不到这个超空间的存在，它是不是真实存在的，我们还不知道。
周哲：刚才黄老师说，构成世界的粒子都是费米子，除此之外，还有与之相伴的玻色子，实际上就是传递四种基本作用力的基本粒子，比如电子和电子之间传达作用力，是通过不停发射光子的方式。
费米子有一个特点：它们满足泡利不相容原理。即两个全同的费米子不能处于相同的能量态，但是玻色子不一样，不管空间多么小，有多少个玻色子都没关系。