1700942732
1700942733
在过去的30年，理论粒子物理学的主要挑战是更深入地解释标准模型。这方面做了很多事情。我们提出了一些新理论，还进行过很详尽的探索，但都没能得到实验的证实。问题的症结在于，在科学中，一个理论要令人信服，它必须为尚未进行的实验做出新的预言——不同于从前理论的预言。而一个实验要有意义，它必须有可能产生与那个预言不一致的结果。如果实验结果和预言不一致，我们就说理论被证伪了——即它很可能被证明是错的。理论还必须是可以证实的，它应该能证明只有它才有的新预言。只有当理论经过了检验而结果与理论一致时，我们才能把它提升到那些正确理论的行列中。
1700942734
1700942735
粒子物理学当前的危机源于这样的事实：标准模型以外的理论分化为两个阵营，有的被证伪了，因而是错误的。其余的还未经检验——要么因为它们没有明确的预言，要么因为它们的预言还不能用现有的技术来检验。
1700942736
1700942737
在过去的30年，理论家们至少提出了十多个方法。每个方法都从一个令人信服的假定出发，但至今还没有一个成功的。在粒子物理学领域，这些方法包括“拟色”（technicolor）、“前子模型”和超对称性。在时空物理学领域，有扭量理论、因果集、超引力、动力三角化2和圈量子引力。有些思想和它的名字一样怪异。
1700942738
1700942739
这些理论中，有一个吸引了绝大多数人的关注：弦理论。它流行的原因不难理解。例如，它声称正确描述了宏观和微观——大如引力，小如基本粒子；它还提出了所有理论中最大胆的假设：世界包含着看不见的维度和比我们知道的多得多的粒子。同时，它认为所有基本粒子源于同一个服从美妙的简单定律的实体——弦——的振动。它宣称统一了大自然所有的粒子和力。同样，它还许诺能澄清曾经做过或可能做的任何实验的预言。最近20年，人们为弦理论花费了很大的气力，但我们仍然不知道它是否正确。即使事情都做好了，理论也没有一个新预言能用今天的实验（哪怕今天所能想象的实验）来检验。它确实做出的几个明确的预言也是其他理论已经预言过的。
1700942740
1700942741
弦理论没有新预言，部分原因在于它似乎有数不清的形式。即使我们只考虑那些满足宇宙的几个基本事实（如宇宙的大小和暗能量的存在）的理论，我们要面对的弦理论还有10500（1后面跟500个零）个，比已知宇宙的原子还多呢。既然有那么多的理论，总有某个实验结果会满足其中的一个吧。因此，不论实验如何，弦理论都不可能被否定。但反过来也一样：没有实验能证明它是正确的。
1700942742
1700942743
同时，我们对多数弦理论都知之甚少；而我们多少知道些细节的少数几个理论，每一个通常都至少在两个方面不符合现有的实验数据。
1700942744
1700942745
于是我们面对着一个怪圈。我们知道如何研究的弦理论都已知是错误的，而我们无法研究的那些理论却有那么庞大的数目，真想象不出能有什么实验和它们全都不符。
1700942746
1700942747
问题还不仅于此。弦理论依赖于几个关键的假设，那些假设虽然有一定证据，但并没有证明。更糟糕的是，在经过了那么多艰辛的科学劳动之后，我们仍然不知道是否存在一个完整而和谐的名叫“弦理论”的理论。其实，我们有的根本不是一个理论，而是一些近似计算的集合，外加一个猜想的网络——如果那些猜想正确，则意味着存在某个理论。但那理论还从没写出来过。我们不知道它的基本原理是什么，我们不知道该用什么数学语言来表述它——也许需要创造一门新的语言来描写它。既没有基本原理，也没有数学形式，我们又凭什么说我们知道弦理论宣扬了什么呢？
1700942748
1700942749
下面是弦理论家格林（BrianGreene）在他的《宇宙经纬》里说的：“即使今天，在它出现30年之后，多数弦的实践者仍然相信我们不能满意地回答一个最基本的问题：弦理论是什么？……多数研究者觉得我们现有的弦理论形式还缺乏我们在其他重大理论进步中看到的那种核心原理。”3因基本粒子物理学的成就而获诺贝尔奖的特胡夫特（Gerardt Hooft）曾这样形容弦理论的现状：“实际上，我还没打算称弦理论是一个‘理论’，它更像一个‘模型’，甚至连模型也算不上，而只是一种感觉。毕竟，一个理论应该有一套指南，教我们如何识别我们想要描述的事物（在我们的情形，即基本粒子），而且至少在原则上能确立一些法则来计算那些粒子的性质，并做出新的预言。假定我给你一把椅子，却告诉你那椅子的腿还没找到，坐垫和靠背也要等会儿才拿来。那么我到底给了你什么？还能称它是椅子吗？”4因标准模型获诺贝尔桂冠的格罗斯（DavidGross）后来成为弦理论最激进、最令人敬畏的拥护者。不过，在最近一个庆祝弦理论进展的会议上，他这样结束自己的讲话：“我们不知道我们在谈论什么……物理学今天的状态就像我们为放射性感到疑惑的那个时候……它们还缺少某个绝对基本的东西。我们也许缺乏同样深刻的东西。”5
1700942750
1700942751
可是，尽管弦理论如此残缺，连其存在都是一个未经证明的猜想，做弦理论的人依然相信它是理论物理学前进的唯一道路。很久以前，有人请圣巴巴拉加州大学卡维里（Kavli）理论物理研究所的杰出的弦理论家波尔金斯基（JosephPolchinski）谈谈“替代弦理论”的问题。他说，他的第一反应是，“这太无聊了，它没有替代者……所有好思想都是弦理论的一部分。”6哈佛助理教授莫特（LubosMolt）最近在他的博客上宣称，“没人能让别人相信弦理论的什么替代者，最可能的理由就是，也许弦理论不存在替代者。”7
1700942752
1700942753
怎么回事呢？在科学中，理论一词通常意味着非常确定的事物。兰多尔（LisaRandall）是莫特在哈佛的同事，一个有影响的粒子物理学家，她将理论定义为“嵌在一组关于世界的基本假设里的确定的物理学框架——一个囊括了众多现象的精简的框架。理论产生一组方程和预言，通过与实验数据的一致而得到证实。”8
1700942754
1700942755
弦理论不是这样的——至少现在还谈不上。那么，某些专家在连弦理论到底是什么都不知道的时候，又凭什么相信它不可替代呢？他们相信它不可替代究竟是什么意思？就是这些问题激发我写这本书。
1700942756
1700942757
理论物理学家难做，非常难做。不是因为需要很多的数学，而是因为存在很大的风险。当我们回顾当代物理学史的时候，会一次又一次地看到，做这样的科学不可能没有风险。如果很多人为一个问题奋斗了多年还没找到答案，那可能是答案太难而不那么显而易见，或者就是那问题没有答案。
1700942758
1700942759
就我们理解的说，弦理论认为世界与我们知道的根本不同。假如弦理论正确，世界该有更多的维、更多的粒子和更多的力。许多弦理论家在谈话或写作时，似乎都把额外的维和粒子的存在看成了确定的事实——任何优秀科学家都不能怀疑的事实。有个弦理论家不止一次地对我说，“你的意思是你认为可能没有额外的维？”事实上，不论理论还是实验，都没有任何证据表明存在额外的维。本书的目的之一就是要剥去弦理论的这层神秘的外衣。它的思想很美妙，出发点也好，但为了认识它为什么没有带来大的进步，我们必须清楚有什么支持的证据，有什么缺失的东西。
1700942760
1700942761
因为弦理论是高风险的事业——尽管学术界和科学社会支持，实验却并不支持——它的归宿只有两个。假如弦理论是正确的，理论家们会成为科学史上最伟大的英雄。凭着手头的一些线索——没有一条是确凿无疑的——他们将发现实在远比从前想象的广大。哥伦布发现了西班牙国王和王后不知道的新大陆（当然新大陆也不知道有西班牙皇家），伽利略发现了新恒星和卫星，后来的天文学家发现了新行星。所有这些发现在新空间维度的发现面前都将黯然失色。而且，许多弦理论家相信，众多弦理论所描述的无数世界确实存在着——那是我们不可能直接看见的宇宙。如果真是这样，那么我们所认识的实在，还不如任何洞穴人群所认识的地球。人类历史上还不曾有谁正确猜想过已知的世界会是那么广大。
1700942762
1700942763
另一方面，假如弦理论家错了，就不可能是小错。假如不存在新的维度和对称性，我们会将弦理论家归入失败者之流，就像开普勒和伽利略迈步向前时的那些还在研究托勒密本轮的人。他们的故事将警示人们什么不能算作科学，如何才能不让理论猜想超越了理性的极限而走进幻想。
1700942764
1700942765
因为弦理论的兴起，从事基础物理学研究的人们分裂为两个阵营。许多科学家继续做弦理论，每年大约有50个新博士从这个领域走出来。但还有些物理学家对弦理论深表怀疑——他们有的从来不看好它，有的则感到绝望，不再相信那个理论能有一个和谐的形式或做出什么真正的实验预言。分裂并不总是友好的。他们都怀疑对方的专业能力和道德水平，现在真正需要做的是维护两家的友谊。
1700942766
1700942767
根据我们在学校学过的科学图景，这样的情形不会持续下去。老师教我们，现代科学的总特征就是存在一个引导我们进一步认识自然的方法。偏差与争议当然是科学进步必须经历的，但人们总认为存在一种方法，通过实验或数学来解决争论。可是，在弦理论的情形，这样的机制似乎破产了。弦理论的许多信奉者和评论家们太相信他们的观点了，即使在朋友之间也很难展开诚恳的讨论。他们说，“你怎么会看不见这个理论的美妙呢？一个如此美妙的理论怎么会不正确呢？”这也激起怀疑者们同样剧烈的反应：“你失去理智了吗？你怎么那么坚信随便的一个毫无实验证据的理论呢？你忘了怎么做科学吗？你连那理论是什么都不知道，怎么还如此确定你是对的呢？”
1700942768
1700942769
我写这本书就是希望能在专家和爱好者之间展开真诚而有益的讨论。不论我在这些年看到了什么，我还是相信科学。我相信科学家群体有能力摆脱挖苦和讽刺，通过基于当前证据的理性的讨论来解决争议。我很清楚，仅凭提出这个问题，我就会惹恼我的一些做弦理论的朋友和同事。我只能说，我写此书不是为了攻击弦理论或相信弦理论的人，我对他们满怀着敬意，我写它，首先是表达我对物理学的科学家群体的信任。
1700942770
1700942771
所以，这不是一本关于“我们”和“他们”的书。在我的经历中，既做过弦理论，也走过其他量子引力（爱因斯坦广义相对论与量子理论的融合）的道路。尽管我的主要努力在其他方法上，我也有一段时间很相信弦理论，而且试着去解决它的关键问题。虽然问题没解决，我还是写了18篇文章；所以，我要讨论的错误不仅是别人的，同样也是我自己的。我将谈到那些为大家广泛接受的猜想，尽管它们从没得到证明。我也曾相信过它们，因为相信才选择了我的研究方向。我还要说年轻科学家为了美好前程而追求那些公认的主流问题所受的压力。我本人深有体会，时常任由它们决定我的职业生涯。一方面需要独立的科学判断，一方面不能偏离科学主流，这样的冲突我也经历过。我写这本书不是想批评有不同选择的科学家，而是想明白为什么科学家需要面对那些选择。
1700942772
1700942773
实际上，我犹豫了很长时间才决定写这本书。我个人不喜欢冲突和对抗。毕竟，在我们从事的这门科学里，任何值得做的事情都是一种冒险，真正重要的是50年后我们的学生的学生认为哪些东西值得教给他们的学生。我一直希望身处弦理论研究中心的人能写一本客观而翔实的评论，告诉我们理论做到了什么，没做什么。没有人出来写。
1700942774
1700942775
之所以想把这些问题公开出来，是因为几年前在科学家与一群人文学者和社会科学教授（“社会建构主义者”）之间发生了一场争论，争论科学是如何进行的。社会建构主义者们声称科学团体并不比其他人类群体更理性和客观。多数科学家不是这样看科学的。我们教导学生，对科学的信仰必须基于对证据的客观估价。我们的对手反驳说，我们关于科学运行的主张不过是一种宣传，为的是向人们索求权利，整个科学事业和其他人类领域没有什么两样，都是在相同的政治和社会力量驱动下运行的。
1700942776
1700942777
我们科学家在论战中用的主要论据之一是我们的群体和他们不同，因为我们用很高的标准约束自己——根据那样的标准，任何一个理论如果未经公开的计算和数据的证明，未能消除专业人士的怀疑，我们是不可能接受它的。当然，正如我下面要更详细讲的，在弦理论中就不是这样的。尽管没有实验的支持和精确的形式，仍然有人相信它，似乎感情超过了理智。
1700942778
1700942779
弦理论的大肆宣扬使它成了探索物理学大问题的一条基本路线。在崇高的普林斯顿高等研究院享有永久职位的每个粒子物理学家几乎都是弦理论家，唯一的例外是几十年前来这儿的一位。在卡维里理论物理研究所也是如此。自1981年麦克阿瑟（Mac Arthur）学者计划开始以来，9个学者有8个成了弦理论家。在顶尖的大学物理系（伯克利、加州理工、哈佛、麻省理工、普林斯顿和斯坦福），1981年后获博士学位的22个粒子物理学终身教授中，有20个享有弦理论或相关方法的声誉。
1700942780
1700942781
弦理论如今在学术机构里独领风骚，年轻的理论物理学家如果不走进这个领域，几乎就等于自断前程。即使在宇宙学和粒子现象学等弦理论没有任何预言的领域，研究者们也常在讲话或文章的开头声称他们相信他们的工作将来可以通过弦理论推导出来。
[
上一页 ]
[ :1.700942732e+09 ]
[
下一页 ]