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彼德说,由于从未见过引力微子,我们可以自由设计它所满足的定律。为了让理论在超对称下对称,在以引力子代替引力微子时,力不能改变。这就给定律强加了很多约束,寻求那些约束的解需要很艰辛的计算。有两个研究小组差不多同时完成了那些计算。彼德是其中一个小组的成员;另一组中有我未来在哈佛的导师德赛(Stanley Deser),他当时正和超对称的创立者之一朱米诺一起工作。
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彼德还讲了这个理论的另一种思想方法。首先考虑空间和时间的对称。普通空间没有特殊的方向,因此其性质在旋转下保持不变。如果我们从一个地方移动到另一个地方,它们也不会改变,因为空间几何是均匀的。于是,空间具有平移和旋转对称性。回想一下我在第四章解释过的规范原理,即在某些条件下对称性可以指示力所服从的定律。我们可以将这一原理用于空间和时间对称性。结果正是爱因斯坦的广义相对论。爱因斯坦当然不是这样建立他的理论的,但如果他还活着,很可能会以这种方式建立广义相对论。
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彼德解释说,超对称性可以看作空间对称性的深化。这源于一个深刻而美妙的性质:假如把所有费米子转化为玻色子然后又转回来,那么世界还是从前的样子,只是每样事物都在空间移动了一点距离。我不能在这儿解释为什么会这样,但它告诉我们超对称性与空间几何有着某种根本的联系。由此,当我们将规范原理用于超对称时,就会得到一个引力理论——超引力。从这个角度看,超引力是广义相对论的深化。
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我是这个领域的新人,偶然走进了会场。我没有一个认识的人,也不知道彼德的听众对他要说的有什么想法,但我还是留下了深刻的印象。我回家想,那个小伙子如此朝气勃发,实在太好了。如果他说的是对的,那可真的很重要。
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在研究生院的第一年,我选了德赛的课,听他讲新的超引力理论。我发生了兴趣,开始思考,但也感到困惑。它到底是什么意思?它想告诉我们什么?我在那儿结识了一个新朋友,我的同班同学马丁·罗瑟克(Martin Rocek),他也同样感到兴奋。他很快就跟当时在石溪的彼德取得了联系,并且开始与他和他的学生合作。石溪不远,马丁带我去过一次。故事全面展开了,他想给我一个机会,在其中占个好位置。
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那就像得到微软或谷歌的职位。罗瑟克、彼德和我遇到的很多人都在超对称和超引力中有过出色的表现。我相信,在他们看来,我的表现就像一个傻子,放过了好机会。
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对我(我相信对别人也一样)来说,超对称性与空间和时问理论的融合产生了深刻的问题。我原来从爱因斯坦的著作里学习过广义相对论,如果说我理解了什么,那就是将引力与空间和时间的几何结合起来的方法。那个思想成了我的主心骨。这时我听说自然的另一面也把空间与时间统一起来了——那就是存在费米子与玻色子。我朋友这样说,方程也这样说。可不论朋友还是方程都没告诉我它有什么意思。我不懂那个思想,不明白它的概念。作为这个统一的结果,我也许应该更深入地理解空间、时间和引力,理解费米子和玻色子意味着什么。那不应只是数学——我的自然概念需要改变了。
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但事情不是这样的。当我和彼德的学生们在一起时,才发现他们是一群技术娴熟的年轻人,着迷似地做着计算,夜以继日而不知疲惫。他们做的就是构造不同形式的超引力。每一种形式都有比从前更多的对称性,统一着更多的粒子家族。他们在走向一个终极的理论,将把所有粒子与时间和空间统一起来。这个理论只有一个学名:N=8理论,这儿N是混合费米子与玻色子的不同方式的数量。第一个这样的理论——也就是彼德和德赛向我介绍的那个——是最简单的,N=1。欧洲有人做了N=2。我在石溪的一个星期里,那儿的人正向N=4前进,还想达到N=8。
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他们日夜不停废寝忘食地工作,忍受着工作的单调和沉闷,确信他们正在了解某些将给世界带来变化的新生事物。有人告诉我,他正在加紧工作,因为他相信,如果人人都知道构造新理论原来是那么容易,他的领地就将泛滥了。其实,假如我没记错,那群人真的得到了N=4,但在N=8遇到了陷阱。
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他们做的事情在我看来一点儿都不容易。计算枯燥乏味,令人思想麻木。而且,计算还必须完全精确:假如某处丢失一个因子2,那么几个星期的气力都白费了。计算的每一行都有几十项,为了能把一行行计算写下来,他们需要越来越大的本子,很快就用所能找到的最大的绘画本来写了。每页纸都密密麻麻写满了小字,每个本子代表几个月的工作。这令我想起“苦行僧”。我害怕了,呆了一个星期就溜走了。
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在后来的几十年里,我与彼德、马丁等人的关系相当紧张。他们大概把我当成了失败者,辜负了他们给我的与他们一起共创超引力的机会。如果我加入他们,也许会成为弦理论的领头人之一。而我做的却是走自己的方向,最终使我发现了量子引力的不同的路线。那让事情变得更糟:我不是放弃真理的失败者,而是要成为一个对手的失败者。
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当我回顾30年来我所熟悉的那些人们的科学生涯时,越发感到科学生涯的抉择依赖于人的个性。有些人乐于跨越下一步,把一切都献给它,从而为飞速发展的领域做出重要贡献。另一些人可没那么急躁。有些人容易犯糊涂,所以做什么都要反复思量,这要费很长的时间。你大概以为我们比这些人高明,可别忘了爱因斯坦也是属于他们的。根据我的经验,真正令人震撼的新思想方法往往来自这样的人群。还有一些人——我属于这第三类——只顾走自己的路,他们特立独行,只是因为不愿意像有的人那样为了站在赢家的一边而加入某个领域。所以,当我与别人的作为相左时,也不再感到烦恼,因为我发现一个人的性情几乎完全决定了他做什么样的科学。幸运的是,科学需要来自不同类型的人物的霓献。我逐渐认识到,那些能把科学做好的人是因为他们选择了适合自己的问题。
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不管怎么说,我脱离了石溪的超引力小组,但没有失去对超引力的兴趣。相反,我比过去更有兴趣了。我相信他们认识了某些东西,但他们走的路线不是我要走的。我理解爱因斯坦的广义相对论,这意味着我知道怎样以简洁的一页或更少的文字来说明它的每一个基本性质。在我看来,如果你真的理解一个理论,就用不着花几个星期的时间来为检验其基本性质而计算。
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我和另一个研究生结伴——他是我在汉普郡学院的朋友约翰·德尔(John Dell),在马里兰大学工作。我们想更深入地了解超对称如何成为时空几何的一部分。他找到了几篇数学家科斯坦特(Bertram Kostant)写的关于一种新几何的文章,它们推广了爱因斯坦的方法,加入了一些看起来有点像费米子的新性质。我们在那种新背景下写出广义相对论的方程,超引力的方程就冒出来了。我们就这样有了第一篇科学论文。
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大约同时,别人也发展了不同的超引力几何的方法,叫超几何。那时我觉得他们的工具比我们的笨拙(现在也这么看)。它非常复杂,但对某些问题很有成效。它在一定程度上简化了计算,那当然是令人欣喜的。所以超几何流行了,而我们的工作被遗忘了。约翰和我并不在意,因为两种方法都没能给出我们在找的东西。虽然数学是成功的,但没有带来任何概念的进步。直到今天,我也不认为有准真的理解了超对称意味着什么,它对自然说了些什么——假如它正确的话。
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多年过去了,我想我终于可以明白地说那时到底是什么驱使我脱离超引力的。我读爱因斯坦的原著学物理,对渗透到革命性的新物理学统一的那种思想有一种特别的体验。我希望的新统一应该从一个深层的原理出发,就像惯性原理或等效原理。从这一点看问题,我们能获得深刻而令人惊奇的洞察,发现原来不相干的两个事物在根本上是同一样东西。能量就是质量,运动与静止不可区分,加速度与引力是一样的。
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超引力做的可不是这些。尽管它确实是一种新的统一构想,却只能靠令人心力交瘁的计算来表达和检验。我能做那些数学,但那不是我从爱因斯坦和其他大师的著作里学会的做科学的方法。
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我那时结识的另一个朋友是斯特尔(Kellog Stelle),他比我大几岁,也是德赛的学生。他们在一起研究超引力是否比广义相对论更容易与量子理论结合。由于背景独立方法还没有什么进展,他们也和别人一样用背景相关方法,虽然那方法在用于广义相对论时已经遭遇了惨重的失败。他们很快发现,它对超引力是很有成效的。他们检查了量子广义相对论首先出现无穷大的地方,看到了有限的结果。
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这是好消息:超对称真的扭转了局面!可高兴没能长久。德赛和斯特尔只用几个月的时间就向自己证明了,超引力里的无穷大是随处可见的。实际的计算太难,几个月也算不好。但他们找到了一个办法,可以检验最终结果是有限还是无限。原来,所有的结果——比他们能直接检验的那个有限结果精确得多——都是无穷的。
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然而事情还没完呢,因为还有其他形式的超引力等着检验。也许其中的某个能最终给出一个和谐的量子理论。每个形式都逐一经过了研究,都多少是有限的,因此还需要进一步延伸近似的序列,直到检验失败。虽然计算很难,但也没有理由认为有什么答案在经过了那个序列后就一定是有限的。一点渺茫的希望寄托在著名的N=8理论,它也许与众不同。那最终是在巴黎构建起来的。但它也失败了——尽管还有人对它抱有希望。
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超引力过去是、现在仍然是一个神奇的理论,但单凭它还不足以解决量子引力的问题。
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于是,直到20世纪80年代初,构建量子引力理论的工作还没有丝毫进步。人们所有的努力(包括超引力)都失败了。规范理论胜利了,而量子引力的领域却停滞不前。我们还在为量子引力担心的少数几个人,感觉就像高中都没念完的学生,被请去参加妹妹在哈佛的毕业典礼,眼睁睁看着她同时获得医学、神经学和古印度舞蹈史的学位。
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如果说超引力没能引出一个好的量子引力理论令我们沮丧,但也解放了我们。所有容易的事情都做过了。几十年来,我们通过推广费曼和他朋友的方法来构造理论。现在只有两件事情要做:放弃以固定背景几何为基础的方法,或者放弃认为在背景几何下运动的东西是点粒子的观点。两种方法后来都经过了探索,也都在通向量子引力的道路上——第一次——产生了巨大的成功。
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