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1700943965 于是,弦论在采用过去的高维理论的策略时,也给自己带来了问题。有很多解,有些解大概能描述真实的世界,但大多数解却不能。还有很多不稳定性,表现为大量额外的粒子和力。
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1700943967 这注定会引发争议,而且争议确实来了。很少有人能否定它有很多好的令人满意的特征。粒子是弦的振动的思想,也的确像是丢失了的那个环节,能解决很多未解的问题。但代价也很高昂。我们被迫接受的那些打包的特征也损害了理论原先的美——至少对我们几个人来说。在其他人看来,额外维的几何是弦论最美妙的东西。难怪理论家们泾渭分明地成了两派。
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1700943969 相信弦论的人往往也相信它的整个一揽子的特征。我认识许多理论家都确信超对称和额外维是存在的,只等着我们去发现。我也认识很多在这一点上脱离弦论的人,因为它意味着要接受太多没有实验基础的东西。
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1700943971 费曼是个典型的看不起弦论的人,他曾解释过为什么不愿赶他们的潮流:
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1700943973 我不喜欢他们不做任何计算。我不喜欢他们不检验自己的思想,我不喜欢他们为任何不符合实验的东西虚构解释——一句自我安慰的话就是,“啊,它仍然可能是对的。”例如,理论需要10维。好啊,也许有办法把多余的6维卷起来。是的,那在数学上是可能的,可为什么不是7呢?当他们写方程时,方程就应该决定多少东西卷曲了,而不是为了迎合实验才要求那样。换句话说,在超弦理论中没有任何理由能说明为什么卷曲的不是10维中的8维而只剩下2维,那当然完全不符合我们的经验。所以,即使它可能与经验不符也无关紧要,其实它什么结果也没有;它只能浪费时间。它看起来就不对。49
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1700943975 很多老一辈的粒子物理学家都带有这种情绪,他们知道粒子物理学的成功总是需要与实验物理学进行不断的交流。另一个反对者是因为标准模型获诺贝尔奖的格拉肖:
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1700943977 但超弦物理学家还没证明他们的理论确实有效。他们不能证明标准模型是弦理论的逻辑结果。他们甚至不能肯定他们的体系包括了诸如质子和电子的描述。他们连一丁点儿的实验预言也没拿出来。最糟糕的是,超弦理论不是根据一组迷人的关于自然的假定而得到的逻辑结论。你大概要问,为什么弦理论家坚持空间是9维的?只因为弦理论在其他任何空间都没有意义……50
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1700943979 然而,争议之外还需要更好地认识理论。一个理论以那么多不同的面目出现,就不像是一个单独的理论了。如果说这些理论还算什么东西的话,它们似乎是另外某个未知理论的不同的解。
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1700943981 我们习惯了一个理论有多个不同的解的观念。牛顿定律描述粒子如何在外力作用下运动。如果我们把力固定——例如,我们想描述在地球重力场中抛出的球,牛顿方程具有无限多个解,对应于球的无限多个可能的路径:它可高可低,可快可慢。每种抛球的方法都产生一个不同的路径,每个路径都是牛顿方程的一个解。
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1700943983 广义相对论也有无限多个不同的解,每个解都是一个时空——也就是宇宙的一个可能的历史。因为时空几何是动力学实体,它可以存在于无限多种不同的构形,演化成无限多个不同的宇宙。
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1700943985 弦理论的每个背景都定义为爱因斯坦方程或其某种推广形式的解。于是,在人们看来,名目越来越多的弦理论意味着我们并不是真的在研究一个基础理论。我们只不过在研究某个更深层理论——一个我们还不知道的理论——的解。我们也许可以称那个理论为元理论(meta-theory),因为它的每个解都是一个理论。那个元理论才是真正的基本定律。它的每个解都将生成一个弦理论。
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1700943987 这样看来,更引人入胜的是,我们不去考虑无限多个弦理论,而是考虑从某个基础理论产生的无限多个解。
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1700943989 回想一下,每个弦理论都是背景相关的理论,它们描述在特殊的背景时空下运动的弦。因为不同的近似的弦理论处于不同的时空背景,一个理论若要统一它们,就一定不能处于任何时空背景。为了统一它们,我们需要一个单一的背景独立的理论。该怎么做,也就很清楚了:构造一个本身是背景独立的元理论,然后从那个元理论导出所有背景相关的弦理论。
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1700943991 于是我们有两个理由寻求背景独立的引力的量子理论。我们已经知道,我们必须融合爱因斯坦广义相对论所给出的几何的动力学特征。现在我们要用它来统一所有不同的弦理论。这需要新的思想,但至少现在我们还没有。
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1700943993 元理论要做的一件事情就是帮助我们选择哪种形式的弦理论能在物理上实现。因为大家都相信弦论是唯一的统一理论,许多理论家料想大多数形式的理论是不稳定的,而那个真正稳定的理论将唯一解释标准模型的常数。
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1700943995 80年代后期的某个时候,我突然想起还有另一种可能性。也许所有弦理论都是同样有效的。这将意味着我们对物理学的期待要彻底改变,即基本粒子的所有性质都将成为偶然的——不是基本定律决定的,而是基本理论的无限多个解中的某一个决定的。已经有证据表明这种偶然性可以伴随自发对称破缺而在理论中发生,但众多形式的弦理论让我们看到了新的可能——即从本质上说,偶然性也适用于基本粒子和力的所有性质。
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1700943997 这意味着基本粒子的性质是环境决定的,可以随时间而变化。如果是那样,它将意味着物理学更像生物学,即基本粒子的性质会依赖于我们宇宙的历史。弦论将不是一个理论,而是一幅理论构成的图景——就像进化生物学家研究的适应性景观。甚至可能存在某种像自然选择那样的过程,选择出适合我们宇宙的理论形式。(这些思想导致了1992年的一篇文章,题为“宇宙进化吗?”51,还有1997年的一本书,题为《宇宙的一生》。我们以后还要回来谈这些思想。)
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1700943999 每当我与弦理论家们讨论这种进化原理,他们总会说,“别担心,会有唯一形式的弦理论的,它将由某个我们至今尚未认识的原理来决定。当我们发现它时,这个原理将正确解释标准模型的所有参数,并对未来实验提出唯一的预言。”
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1700944001 不管怎么说,弦论的步伐慢下来了,到20世纪90年代初,弦理论家们也泄气了。弦理论没有完整的形式,我们有的只是一张罗列着几十万个不同理论的清单,而每个理论都有许多自由常数。这么多的理论中,哪些对应于现实,我们没有一点明确的概念。尽管技术进步了很多,但没有一个证据能告诉我们弦理论是对还是错。最糟糕的是,它没有提出一个具体的能用目前实验来证明或证伪的预言。
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1700944003 弦论令人泄气还有别的原因。80年代末是整个领域的黄金时期。1984年革命刚过,弦论的创立者(如施瓦兹)们就收到了很多来自顶尖大学的诱人邀请。几年里,年轻的弦理论家成长起来了。但到90年代初,一切都过去了,有才能的人还是找不到工作。
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1700944005 有些人(不论老的还是年轻的)就在这个关头离开了弦论。幸运的是,弦论的工作是很好的智力训练,从前的弦理论家如今活跃在其他领域,如固体物理学、生物学、神经科学、计算机和金融业。
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1700944007 还有些人仍然坚守弦论的阵地。尽管有那么多泄气的理由,许多弦理论家还是念念不忘弦论构建了未来的物理学。如果说有什么问题,那是当然,统一基本粒子的其他方法也没有哪个成功的呀。还有少数人在做量子引力,不过多数弦理论家都假装不知道。在他们许多人看来,弦论才是唯一的选择。纵然长路漫漫,比他们想象的艰辛得多,但没有其他任何理论有望能在一个有限而和谐的框架下统一所有的粒子和力并解决量子引力。
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1700944009 不幸的结果是,信奉者和怀疑者分裂更远了。每一派都在加强自己的阵地,似乎都为坚守各自立场找到了好理由。如果不出现戏剧性的进步,极大改变我们对弦论的态度,这样的局面还会僵持很长时间。
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