科学名词解释

暴胀宇宙（Inflationary cosmology）对标准的大爆炸宇宙学关于极早期图景的修正，宇宙在极短时间内经历巨大的膨胀。

闭弦（Closed string）形如线圈的一种弦。

波长（Wavelength）波相继两个峰或谷之间的距离。

波函数（Wave function）量子力学赖以建立的概率波。

波粒二象性（Wave-particle duality）量子力学的基本特征，说明物质表现出既像波又像粒子的性质。

玻色弦理论（Bosonic string theory）最早的一种弦理论，包含的振动模式都是玻色子。

玻色子（Boson）一种粒子或弦振动模式，自旋为整数，通常是力的信使粒子。

不确定性原理（Uncertainty principle）海森伯发现的一个量子力学原理，说明宇宙中存在着某些特征，如位置和速度，不可能同时完全精确地认识。微观世界的这种不确定性在我们考虑的距离和时间尺度越小时变得越显著。由于量子不确定性，粒子和场在所有可能的数值间波动、涨落。这说明微观世界是一片沸腾汹涌的量子涨落的汪洋。

缠绕模式（Winding mode）缠绕在卷缩空间维上的弦构形。

缠绕能量（Winding energy）缠绕在卷缩空间维上的弦所具有的能量。

缠绕数（Winding number）弦在卷缩空间维上的缠绕圈数。

场，力场（Field, Force field）从宏观观点看，力通过它来产生作用。由空间每一点的力的大小和方向的集合来表现。

超对称标准模型（Supersymmetric standard model）包含超对称性的粒子物理标准模型的推广，使已知的基本粒子类型增多了一倍。

超对称量子场论（Supersymmetric quantum field theory）融合了超对称性的量子场论。

超对称性（Supersymmetry）联系整数自旋（玻色子）与半整（奇）数自旋粒子（费米子）的一种对称性原理。

超伙伴（Superpartners）由超对称性联系的自旋相差1/2单位的两个粒子。

超微观（Ultramicroscopic）长度小于普朗克长度（从而时间小于普朗克时间）。

超弦理论（Superstring theory）融合了超对称性的弦理论。

超引力（Supergravity）结合广义相对论和超对称性的一种点粒子理论。

虫洞（Wormhole）连接宇宙不同区域的一个类似于管道的区域。

初始条件（Initiation condition）描写物理系统初始状态的数据。

大爆炸（Big bang）现在流行的一种宇宙理论，认为今天膨胀的宇宙来自约150亿年前的一个高能量、高密度的压缩状态。

大收缩（Big crunch）一种假想的未来宇宙状态，今天的膨胀将停止、反转，然后所有空间和物质坍缩到一起；是大爆炸的逆过程。

大统一（Grand unification）把引力以外的所有力融合在一个框架下的一种理论模型。

单圈过程（One-loop process）微扰论计算中的一项，只包括一个虚弦对（在点粒子理论中即一个虚粒子对）。

倒数（Reciprocal）乘积为1的两个数互为倒数。如3的倒数是1/3，2的倒数是1/2。

等效原理（Equivalence principle；Principle of equivalence）广义相对论的核心原则，声称加速运动与在引力场中静止（在足够小的观测区域内）是不可区分的。这是推广了的相对性原理，一切观测者，不论运动状态如何，只要承认引力的存在，都可以说自己是静止的。

第二次超弦革命（Second superstring revolution）约从1995年兴起的一场弦理论发展运动，开始认识了一些理论的非微扰特征。

电磁波（Electromagnetic wave）电磁场中的波扰动，所有这样的波都以光速运动。例如，可见光、X射线、微波、红外线等。

电磁场（Electromagnetic field）电磁力的作用场，由空间每一点的电力线和磁力线构成。

电磁辐射（Electromagnetic radiation）电磁波所携带的能量。

电磁规范对称性（Electromagnetic gauge symmetry）量子电动力学的基本规范对称性。

电子（Electron）带负电荷的粒子，一般出现在原子核外的轨道上。

对称破缺（Symmetry breaking）系统表现的对称性的减少，通常与相变相关。

对称性（Symmetry）物理系统不因某种变换而改变的性质。例如，球是旋转对称的，因为它不因旋转而改变。

对偶，对偶性，对偶对称性（Dual, Duality, Duality symmetry）表面上完全不同的两个或多个理论能得出完全相同的物理结果，它们就是对偶的。

多孔面包圈，多柄圈（Multi-doughnut, Multi-handled doughnut）面包圈（环）的推广，有多个孔或柄。

多维孔洞（Multidimensional hole）面包圈在高维情形的推广。

多重宇宙（Multiverse）假想的扩大的宇宙，我们的宇宙不过是无数独立的不同宇宙中的一个。

二维球面（Two-dimensional sphere）见球面。

翻转变换（Flop transition）空间卡—丘形态的演化形式。结构在演化中破裂，然后自我修复，而产生的结果在弦理论背景下则是温和的、可以接受的。

反粒子（Antiparticle）反物质的粒子。

反物质（Antimatter）与寻常物质有相同的引力性质，但有相反的电荷和相反的核力荷。

非微扰的（Nonperturbative）有效性独立于近似的、微扰的计算的理论所具有的特征；是理论的一种精确特性。

费曼路径求和（Feynman sum-over-paths）一种量子力学思维形式，假想粒子从一点运动到另一点要经过两点间所有可能的路径。

费米子（Fermion）一种粒子或弦振动模式，具有半奇数的自旋，一般为物质粒子。

辐射（Radiation）波或粒子携带的能量。

干涉模式（Interference pattern）来自不同位置的波因为相互叠加而形成的波动图样。

高维超引力（High-dimensional supergravity）高于4维的超引力理论。

共振（Resonance）物理系统振动的一种自然状态。

观测者（Observer）理想化的（通常是假想的）测量相关物理性质的人或仪器。

光电效应（Photoelectric effect）电子在光照下从金属表面逸出的现象。

光滑，光滑空间（Smooth, Smooth space）空间结构平直或微弱弯曲的特殊区域，没有褶皱、破裂或任何类型的裂痕。

光子（Photon）电磁力场的最小单元，电磁力的信使粒子，最小的一束光。

光子钟（Light clock）通过记数一个光子在两个镜面间往返的次数来测量时间流逝的一种假想时钟。

广义相对论（General relativity）爱因斯坦建立的引力理论，证明了空间和时间通过它们的弯曲传递引力。

规范对称（Gauge symmetry）引力以外的3种力的量子力学图景所依据的对称性原理。它包括物理系统在电荷、位置（空间）和时间改变下的一些不变性。

核（Nucleus）原子的中心，由质子和中子组成。

荷（Charge）见力荷。

黑洞（Black hole）理论预言的天体的最后归宿，巨大的引力场将一切事物（包括光）紧紧捕获在一个极小的空间里（由它的事件视界所包围的空间）。

黑洞熵（Black-hole entropy）黑洞内部所表现的熵。

宏观（Macroscopic）指寻常经历的典型的较大尺度，与微观相对。

环（Torus）面包圈的2维表面。

积（Product）两个数相乘的结果。

极端黑洞（Extremal black hole）具有一定质量下的最大可能力荷的黑洞。

加速度（Acceleration）物体速度大小或方向的改变量，参见速度。

胶子（Gluon）强力场的最小作用单元，强力的信使粒子。

镜像对称性（Mirror symmetry）弦理论背景下的一种对称性，互为镜像的两个卡—丘空间，在选择为弦理论的卷缩维的几何形式时，将生成相同的物理。

卷缩维（Curled-up dimension）没有大的可观测延展的空间维；挤压、卷曲在微小的空间区域，因而不能直接探测。

绝对零度（Absolute zero）自然界可能出现的最低温度，开尔文（Kelvin）温标的零度（0K），或约-273摄氏度（-273℃）。

均匀振动（Uniform vibration）弦的整体运动，没有任何形变。

卡拉比—丘（成桐）空间，卡拉比—丘（成桐）形态（Kalabi-Yau space, Kalabi-Yau shape）弦理论要求的多余空间维所能卷缩形成的空间（形态），与理论的方程相应。

卡鲁扎—克莱茵理论（Kaluza-Klein theory）将多余卷缩维与量子力学结合在一起的一种理论。

开尔文（Kelvin）以绝对零度为基准的一种热力学温标。

开弦（Open string）弦的一种，有两个自由端。

克莱茵—戈登方程（Kline-Golden equation）相对论量子场论的一个基本方程。

夸克（Quark）受强力作用的粒子，有6种类型（上、下、粲、奇、顶、底）和3种“颜色”（红、绿、蓝）。

快子（Tachyon）质量（平方）为负的粒子，它在理论中的出现通常会带来矛盾。

拉普拉斯决定论（Laplacian determinism）宇宙像时钟那样运行，某一时刻宇宙的完整信息能够决定它在未来和过去任意时刻的状态。

黎曼几何（Riemann geometry）描写任意维弯曲形态的数学框架，在爱因斯坦广义相对论的时空描述中起着关键作用。

力荷（Force charge）粒子具有的对某种力的作用产生一定响应的性质。例如，粒子的电荷决定了它对电磁力的反应。

粒子加速器（Particle accelerator）使粒子产生近光速并将其挤压在一起以探测物质结构的机器。

粒子物理学标准模型（Standard model of particle physics）关于引力外的3种力及其与物质相互作用的高度成功的理论。是量子色动力学与弱电理论的强有力统一。

粒子族（Families）物质粒子有组织地分成3组，每一组被称为一族。每一族粒子带有相同的电荷和核力荷，但后一族的粒子有更大的质量。

量子（Quanta）根据量子力学，物质可以分解成的最小物理单元。例如，光子是电磁场的量子。

量子场论（Quantum field theory）见相对论量子场论。

量子电动力学（Quantum electrodynamics, QED）融合了狭义相对论的电磁力和电子的相对论量子场论。

量子几何（Quantum geometry）为了描写量子效应显著的超微观尺度下的空间的物理而对黎曼几何进行的修正。

量子决定论（Quantum determinism）量子力学的一个性质。一个系统在某一时刻的量子态完全决定了它在过去和未来任意时刻的量子态。然而量子态的知识只能决定它在未来某个时刻实际发生的概率。

量子力学（Quantum mechanics）主宰宇宙的一个理论框架，有许多陌生的基本特征，如不确定性、量子涨落、波粒二象性等，在原子和亚原子的微观尺度上将变得极为显著。

量子泡沫（Quantum foam）见时空泡沫。

量子弱电理论（Quantum electroweak theory）见弱电理论。

量子色动力学（Quantum chromodynamics, QCD）融合了狭义相对论的强力和夸克的相对论量子场论。

量子隧道（Quantum tunneling）量子力学的一个特征，指物体可以通过在牛顿经典物理定律看来不可能通过的势垒。

量子引力（Quantum gravity）能成功融合（可能有一定修正）量子力学和广义相对论的一个理论。弦理论是这种理论的一个例子。

量子幽闭（Quantum claustrophobia）见量子涨落。

量子涨落（Quantum fluctuation）系统在微观尺度上由于不确定性原理而出现的湍流行为。

零维球面（Zero-dimensional sphere）见球面。

洛伦兹收缩（Lorentz contraction）狭义相对论表现的一个特征：运动物体在运动方向上显得缩短了。

麦克斯韦理论，麦克斯韦电磁理论（Maxwell theory, Maxwell electromagnetic theory）麦克斯韦19世纪80年代在电磁场概念基础上提出的统一电与磁的理论，证明了可见光是电磁波的一种。

膜（Brane）弦理论中出现的任何延展体。1膜是弦，2膜即通常的膜，3膜有3个延展方向（维），等等。一般地说，p膜有p个空间维。

牛顿万有引力理论（Newton’s universal theory of gravity）一种引力理论，宣称两个物体间的相互吸引力正比于物体质量的乘积，反比于物体间距离的平方；后来被爱因斯坦的广义相对论所取代。

牛顿运动定律（Newton-s laws of motion）以绝对的不可变易的空间和时间概念为基础的描写物体运动的定律；在爱因斯坦发现狭义相对论之前，这些定律是不可动摇的。

耦合常数（Coupling constant）见弦耦合常数。

频率（Frequency）波在每一秒钟所完成的波动循环数。

平直性（Flat）欧几里得几何应服从的法则。例如完全光滑的桌面以及它的高维推广。

普朗克长度（Planck length）约10-33厘米。在小于它的尺度下，时空结构的量子涨落开始变得剧烈。弦理论中一根弦的典型大小。

普朗克常量（Planck constant）记作，量子力学的基本常数。它决定着能量、质量、自旋等物理量的离散单位的大小，微观世界即照那些单位分离。它的值为6.62×10-34焦·秒。

普朗克能量（Planck energy）约1000千瓦时；探测普朗克长度下的距离所必需的能量。弦理论中一根振动弦的典型能量。

普朗克时间（Planck time）约10-43秒。这时的宇宙大小约为普朗克长度；更准确地说，它是光经过普朗克长度的时间。

普朗克张力（Planck tension）约1039吨。弦理论的典型张力。

普朗克质量（Planck mass）约质子质量的1000亿亿倍，10-5克；大约一粒灰尘的质量。弦理论中一根振动弦的典型等价质量。

奇点（Singularity）时空的空间几何彻底破碎的地方。

强力，强核力（Strong force, Strong nuclear force）4种基本力中最强的，主要作用是把夸克束缚在质子和中子里，并把质子和中子束缚在原子核中。

强力对称性（Strong force symmetry）作为强力基础的一种规范对称性，与物理系统在夸克颜色转移下的不变性相关。

强耦合（Strong coupled）弦耦合常数大于1的理论。

球面（Sphere）球体的外表面。我们熟悉的3维球体的表面是2维的（可以用两个数来表征，如地球表面的“经度”和“纬度”）。不过，球面概念还更一般地用于任何维的球体和球面。1维球面是圆周的更富想象的名字；0维球面是两个点（解释见正文）。3维球面则很难画出来，它是4维球体的表面。

曲率（Curvature）物体、空间或时空形态偏离平直形态，从而也偏离欧几里得几何法则的程度。

热力学（Thermodynamics）19世纪发展起来的理论，描写物理系统的热、功、能、熵及其相互演化。

热力学第二定律（Second law of thermodynamics）关于总熵永远增大的定律。

人存原理（Anthropic principle）关于宇宙为什么具有我们观测的性质的一种解释原则，假如宇宙不是那样，就可能不会形成生命，从而也就不会有我们来观测那些变化。

弱电理论（Electroweak theory）在一个统一框架下描写弱力和电磁力的相对论量子场论。

弱规范玻色子（Weak gauge boson）弱力场的最小单元，弱力的信使粒子，叫W或Z玻色子。

弱力，弱核力（Weak force, Weak nuclear force）4种基本力之一，最有名的表现是辐射衰变中的力。

弱耦合（Weak coupled）弦耦合常数小于1的理论。

三维球面（Three-dimensional sphere）见球面。

熵（Entropy）物理系统无序的量度；由在不改变系统外在表现的条件下重新安排系统组成的方式数来决定。

11维超引力（Eleven-dimensional supergravity）一个很有希望的高维超引力理论，在20世纪70年代发展，后来被忽略，最近被证明为弦理论一个重要部分。

时间延缓（Time dilation）狭义相对论中的现象，在运动观测者看来，时间流变慢了。

时空（Spacetime）最先出现在狭义相对论的空间和时间的统一体，可以看作宇宙赖以形成的一种“结构”，为宇宙事件的发生提供了动力学的舞台。

时空泡沫（Spacetime foam）根据传统的点粒子观点，超微观尺度的时空结构所表现的扭曲、混乱特征。弦理论出现以前，这是量子力学与广义相对论互不相容的一个根本原因。

时空破裂翻转变换（Space-tearing flop transition）见翻转变换。

施瓦氏解（Schwarzschild solution）广义相对论方程关于球状物质分布的解，这个解的一个结果是可能存在黑洞。

世界叶（World-sheet）弦运动扫过的2维曲面。

视界问题（Horizon problem）与下面事实相关的一个宇宙学难题：宇宙中分隔遥远的区域具有几乎完全相同的性质，如温度。暴胀宇宙模型提供了一个答案。

手征的，手征性（Chiral, Chirality）基本粒子物理学区别左和右的特征，说明宇宙不完全是左右对称的。

速度（Velocity）物体运动矢量，包括运动方向和速率。

统一理论，统一场论（Unified theory, Unified field theory）在一个包罗一切的框架下描写一切力和物质的理论。

拓扑（Topology）几何形态的分类性质，同一类型的不同形态可以不经过任何结构破坏而相互变换。

拓扑差异（Topologically distinct）两种形态如果不经过某种形式的结构破坏不可能从一个变形为另一个。

拓扑改变变换（Topology-changing transition）发生结构破坏的空间演化，从而成为不同拓扑的空间。

微扰方法（Perturbative approach, Perturbative method）见微扰论。

微扰论（Perturbative theory）一种简化问题的方法，先寻找一个近似解，然后将原来忽略的、未系统考虑的细节包括进来。

维（Dimension）空间或时空的一个独立方向或坐标轴。我们周围的空间有3个维（上下、前后、左右），而我们熟悉的时空有4个维（前面的3个空间轴和1个时间轴）。超弦理论要求宇宙有更多的空间维。

无限大（Infinities）在点粒子框架下的广义相对论和量子力学计算中出现的一类典型的无意义结果。

无质量黑洞（Massless black hole）弦理论中的一类特殊黑洞，它原来可能有巨大质量，但随着空间卡—丘部分的收缩而变得越来越轻，当卡—丘空间收缩到一个点时，它的质量也完全消失了，成为无质量的。在这种状态，它不再表现通常的黑洞性质，如事件视界。

狭义相对论（Special relativity）爱因斯坦关于在无引力作用时的空间和时间定律。（参见广义相对论。）

弦（String）基本的1维物体，是弦理论的物质基元。

弦理论（String theory）一个统一理论，提出自然的基本组成不是0维的点粒子，而是1维的被称为弦的小细丝。弦理论和谐地统一了量子力学和广义相对论这两个已知的然而互不相容的关于“小”和“大”的理论体系。通常是超弦理论的简称。

弦模式（String mode）弦可能表现的形式（如振动模式，缠绕形式等）。

弦耦合常数（String coupling constant）一个（正）数，决定着一根弦如何分裂为两根，或者两根弦如何结合成一根——弦理论的基本过程。每个弦理论都有自己的耦合常数，其值可以由方程来决定；不过，我们现在的方程还不足以得出任何有用的信息。耦合常数小于1意味着微扰论是有效的。

相（Phase）用于物质时，指它可能的状态：固相、液相和气相。更一般地说，指一个物理系统在所依赖的某个性质（温度，弦耦合常数值，时空形式等）发生改变时所可能表现的图像。

相变（Phase transition）物理系统从一个相到另一个相的转变。

相对论量子场论（Relativistic quantum field theory）融合了狭义相对论的关于场（如电磁场）的量子力学理论。

相对性原理（Principle of relativity）狭义相对论的中心原理，声称所有匀速运动的观测者都遵从相同的物理学定律，因每一个匀速运动的观测者都可以说自己是静止的。这个原理被推广为等效原理。

信使粒子（Messenger particle）力场的最小作用单位，力的微观携带者。

虚粒子（Virtual particles）从真空瞬时生成的粒子，根据不确定性原理，依靠借能量而存在，然后在瞬间湮灭，从而还回能量。

薛定谔方程（Schr dinger equation）量子力学中决定概率波演化的方程。

延展维（Extended dimension）大的能直接显现的空间（和时空）维，是我们熟悉的维，与卷缩维相对。

引力（Gravitational force）自然界4种相互作用中最弱的那一种，曾经用牛顿的万有引力定律来描写，后来用爱因斯坦的广义相对论来描写。

引力子（Graviton）引力场的最小作用单元，引力相互作用的信使粒子。

宇宙微波背景辐射（Cosmic microwave background radiation）在大爆炸产生的随着宇宙膨胀而稀薄、冷却的充满宇宙的微波辐射。

宇宙学常数（Cosmological constant）爱因斯坦为了满足静态宇宙而添加在他原来的广义相对论方程里的一个修正常数，可以解释为真空的常数能量密度。

宇宙学的标准模型（Standard model of cosmology）大爆炸理论加上总结在粒子物理学标准模型的关于引力外的3种力的认识。

原初核合成（Primordial nucleosynthesis）发生在大爆炸后最初3分钟时的原子核生成。

原子（Atom）物质的基本构成要素，由原子核（包括质子和中子）和核外的一群绕核旋转的电子构成。

杂化E弦理论（Heterotic-E string theory）即杂化E8×E8弦理论，5种超弦理论之一，其中的闭弦的右向振动与Ⅱ型弦的相同，而左向振动涉及玻色弦。与杂化O弦理论有重要而微妙的区别。

杂化O弦理论（Heterotic-O string theory）即杂化O（32）弦理论，5种超弦理论之一，其中的闭弦的右向振动与Ⅱ型弦的相同，而左向振动涉及玻色弦。与杂化E弦理论有重要而微妙的区别。

振动模式（Oscillatory pattern, Vibrational mode, Vibrational pattern）弦振动时准确的峰、谷数和振幅大小。

振动数（Vibrational number）描写弦的均匀振动的能量的数；这个整体运动的能量不同于与形变相关的能量。

振幅（Amplitude）波峰的最大高度或波谷的最大深度。

质子（Proton）带正电荷的粒子，一般存在于原子核，由3个夸克组成（2个上夸克和1个下夸克）。

中微子（Neutrino）电中性粒子，只服从弱作用。

中子（Neutron）电中性粒子，通常出现在原子核中，由3个夸克组成（2个下夸克，1个上夸克）。

锥形变换（Conifold transition）空间的卡—丘部分的一种演化形式，其结构先发生破裂，然后自我修复，但产生的物理结果在弦理论背景下是温和的、可以接受的。这里出现的破裂比翻转变换的更严重。

自旋（Spin）我们所熟悉的同一名称的量子力学形式。粒子有一定量的内禀自旋，要么是整数，要么是半整数（以普朗克常量为单位），永不改变。

Ⅰ型弦理论（Type I string theory）5种超弦理论的一种，包括开弦和闭弦。

2膜（Two-brane）见膜。

ⅡA型弦理论（TypeⅡA string theory）5种超弦理论中的一种，包括具有左右对称振动模式的闭弦。

ⅡB型弦理论（TypeⅡB string theory）5种超弦理论中的一种，包括具有左右对称振动模式的闭弦。

3膜（Three-brane）见膜。

ATB“大爆炸之后”（“After The Bang”）的缩写，通常用来表示自大爆炸以来的时间。

BPS态（BPS states）超对称理论中的物质构成，其性质可以通过以对称性为基础的论证完全决定。

M理论（M-theory）第二次超弦革命出现的理论，将以前的5个超弦理论统一在一个宏大框架内。M理论似乎是一个包含着11个时空维的理论，还有很多方面有待认识。

T. O.E.（包罗万象的理论，Theory of Everything）囊括所有力和物质的量子力学理论。

W玻色子（W boson）见弱规范玻色子。

Z玻色子（Z boson）见弱规范玻色子。