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我们预计来自那些场的力大致和引力一样强，但在一个或多个方面有别于引力：它们可能具有有限的力程，而且可能不会同等地与所有形式的能量发生相互作用。有些现代实验对这种假想的力很敏感。大约10年前，有个实验发现了这种力的初步证据，被称作第五种力。进一步的实验不支持这个结论，所以那些力到现在也没有证据。
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弦理论通常假定额外维很小，但几个大胆的物理学家在90年代意识到，并非一定如此——额外维可以很大，甚至无穷大。这在膜世界的图景中是有可能的。在那样的图景中，我们的三维空间其实是一张膜——就是说，像一张实在的膜，但有三个维——悬浮在有四个或更多空间维的世界里。标准模型的粒子和力——电子、夸克、质子和它们相互作用的力——局限在形成我们世界的三维膜中。所以，仅凭这些力还不能看到额外维的证据。唯一的例外是引力。因为引力无处不在，它能穿越所有的空间维。
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这幅图景最先是SLAC（斯坦福线性加速器中心）的三个物理学家阿坎尼-哈姆德（Nima Arkani-Hamed）、达瓦里（Gia Dva-li）和迪莫普罗斯（Savas Dimopoulos）描绘的。他们惊奇地发现额外维可以很大而不与已知实验矛盾。如果存在一个或两个额外维，那么它们可以有毫米级的截面。73
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加入这种大额外维的主要效应是，在四维或五维世界的引力将比在三维膜中强大得多，所以，量子引力效应出现的尺度要比人们在其他情形下所预期的长得多。在量子理论中，更长的尺度意味着更小的能量。让额外维达到毫米的长度，就可以降低量子引力效应的能量尺度——从普朗克能量1019 GeV降到1000GeV。这将解决标准模型参数的一个难题：为什么普朗克能量比质子质量大那么多个数量级？但真正令人兴奋的是它把量子引力现象带进了巨型重子对撞机（LHC）即将在2007年揭示的范围。在这些效应中，有可能从基本粒子的碰撞产生量子黑洞。这将是激动人心的发现。
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另一幅膜世界的图景是哈佛的兰多尔（Lisa Randall）和约翰霍普金斯大学的桑德鲁姆（Raman Sundrum）描绘的。他们发现，只要更高维世界存在负宇宙学常数，额外维就可以无限大。74值得注意的是，这也符合迄今为止的所有观测，它甚至还预言了新的观测。
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这些思想都很大胆，也很有趣，我真佩服它们的创造者。尽管那么说，膜世界的图景却令我困惑。它们也都无奈地面临着以前的高维统一所遭遇过的致命难题。只有当我们特别假定了额外维的几何，特别假定了作为我们世界的三维空间在多维空间的状态，膜世界才可能发生作用。除了旧的卡鲁扎-克莱因理论遭遇的那些问题之外，还有新的问题。如果说有一张漂浮在高维空间的膜，难道不会有很多的膜吗？如果存在其他的膜，那它们碰撞的机会有多少呢？实际上，有人提出大爆炸就是从膜世界的碰撞中产生的。但如果大爆炸能发生一次，为什么后来没发生了呢？已经过去大约140亿年了。也许膜太少了，这样的话，我们又要依赖于精心调节的条件；也许是膜彼此平行而且没有大的运动，在这种情形，我们仍然是精心调整了条件。
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除了这些问题，我的怀疑还在于那些膜图景依赖于特殊的背景几何的选择，而这有悖于爱因斯坦的主要发现，即他在广义相对论中确立的思想：时空几何是动力学的，物理学必须以背景独立的方式来表达。不过，它们终归还算是科学的：思想尽管大胆，但可以用实验来检验。我们还是说得更清楚些吧。如果膜世界的某个预言实现了，它也不足以作为弦理论的证明。膜世界理论是独立存在的；它们不需要弦理论。在弦理论的框架下也不存在完全实现的膜世界的模型。反过来说，如果膜世界没有一个预言实现，这也不能否定弦理论。膜世界只是弦理论的额外维的一种可能表现形式。
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弦论的第二个一般性预言是世界是超对称的。这方面仍然没有可以检验的预言，因为我们知道，如果说超对称性真的描述了我们看到的世界，那么它必然是破缺的。我们在第五章说过，超对称可以在LHC中看到。这是可能的，但即使超对称是真的，我们也没有一点儿把握。
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幸运的是，还有其他检验超对称的方法。有一种可能的方法涉及暗物质。在许多标准模型的超对称推广中，最轻的新粒子是稳定的，而且不带电荷。这种新的稳定粒子可能就是暗物质。它只能通过引力和弱核力与普通粒子相互作用。我们称这种粒子为WIMP，即大质量弱相互作用粒子。已经有几个实验在探测它们了。这些探测器利用了暗物质通过弱核力与普通粒子发生相互作用的思想。这使那些粒子很像大质量状态的中微子，因为中微子也只通过引力和弱力与物质相互作用。
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不幸的是，超对称理论有着太多的自由参数，没能具体预言那些WIMP的质量应该是多少，它们的作用大概有多强。但如果它们确实构成了暗物质，假定它们在星系形成中起着我们设想的那种作用，那么我们就可以推测它可能的质量范围。预言的范围令人满意地落在理论和实验估计的最轻超伙伴的质量范围内。
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实验家们像寻找来自太阳和遥远超新星的中微子那样寻找WIMP，尽管经过了广泛的搜寻，但至今一个也没找到。当然这不是最后的结果——它只不过说明如果它们存在，其相互作用也太微弱，不能引起探测器的反应。我们可以说，假如它们像中微子那样与物质相互作用，我们早就看到了。不管怎么说，只要用任何方法发现了超对称，都将是物理学的辉煌胜利。
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我们需要记住的是，即使弦理论要求世界在一定尺度上是超对称的，它也没说那个尺度是多大。因此，如果超对称没有在LHC看到，也不能证明弦理论是错的，因为它所在的尺度是完全可以调节的。另一方面，如果超对称找到了，也不能证明弦理论是对的。有些普通理论也需要超对称，如标准模型的最小超对称扩张。即使在引力的量子理论中，超对称也不是弦理论独有的。例如，量子引力的另一种方法，所谓圈量子引力，也与超对称完全相容。
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我们现在来看弦理论的第三个一般性预言：所有的基本力都在某个尺度达到统一。和其他情形一样，这也是一个比弦理论更大的思想，所以它的证明不能证明弦理论是对的；实际上，弦理论允许几种不同形式的统一。但多数物理学家认为，没有一种形式代表了大统一。我们在第三章讨论过，大统一有一个迄今尚未证明的一般性预言，即质子是不稳定的，将以某个时间尺度衰变。很多实验做过质子衰变，都失败了。这些结果（或者说没有结果）排除了某些大统一理论，但没有否定一般的思想。然而，衰变的失败却为可能的理论（包括超对称理论）强加了一种约束。
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众多理论家相信这三个一般性预言都将被证明。于是实验家们花了大量精力去寻找可能支持它们的证据。可以毫不夸张地说，在最近30年，成百上千的人和数以亿计的钱都耗费在了寻找大统一、超对称和更高维的迹象。尽管努力了，这些假说的证据一个也没出现。任何思想的证明，即使不能作为弦理论的直接证据，也将第一次暗示我们，在弦理论要求的那一揽子东西中，至少有某个部分使我们与实在的距离更近了，而不是更远了。
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物理学的困惑 第十二章 弦理论解释了什么
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我们今天对弦论的异趣都理解了什么呢？第一次超弦革命已经发生20多年了，在这段时期里，弦论吸引了全世界理论物理学的关注和资源——世界上1000多个最有素养、最有才华的科学家在为它工作。虽然有人对理论前景心存疑虑，但科学迟早能获得证据，使我们对某个理论的真实性达成共识。考虑到未来什么事情都可能发生，我想在结束这个部分时，对作为科学理论的一个计划的弦理论做一点评价。
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还是说得更明白些吧。首先，我不评价工作的质量；许多弦理论家都是才华横溢而且经验丰富的，他们的工作都是高质量的。其次，我要区分两个问题：弦理论是否是令人信服的物理学理论的候选者？弦理论的研究为数学或其他物理学问题带来了什么有用的认识吗？没人怀疑弦理论引出了很多好数学，我们也深化了某些规范理论的认识。但弦理论带给数学或其他物理学领域的副产品，并不是支持或反驳弦理论作为正确科学理论的证据。
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我要评说的是弦论在多大程度上实现了（或将要实现）它最初的允诺：统一量子理论、引力论和基本粒子物理学。弦论或许是爱因斯坦1905年以来的科学革命的顶点。这种评价不可能基于尚未实现的假设或尚未证实的猜想甚至理论追随者们的心愿。这是科学，而一个理论的真实性只能以它在科学文献发表的结果为基础进行评价，因此我们必须谨慎地区分猜想、证据和证明。
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也许有人会问，现在做如此评论是否为时尚早。但弦论已经持续发展了35年，而且在20多年里吸引了全世界许多最聪明的数学家。正如我以前强调的，至少从18世纪末以来，科学史上从来不曾有过一个重要理论，经过了10多年而既没衰落也没获得实验和理论的支持。要说实验难做，也不能令人信服，原因有两点：首先，弦论要解释的多数数据已经存在于宇宙学和基本粒子物理学的标准模型的常数中了。其次，虽然弦确实小到不能直接看见，但以前的理论几乎总能很快引出新的实验——没人想到要做的实验。
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另外，在进行评价的过程中，我们需要考虑许多证据。做弦论的人为我们带来了大量需要思考的东西。猜想与假设，虽然经过广泛深入的研究仍然悬而未决，也有着同样的意义。多数未解的关键猜想至少经过10年了，但今天仍然没有能很快解决它们的迹象。
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最后，弦论作为第十章讲述的新发现的巨大景观中的一点，正处于危机之中，令许多科学家重新考虑它的前景。于是，尽管我们不会忘记新的发展可能改变这幅图景，现在似乎也该把弦论作为一个科学理论来进行评价了。
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任何理论评价的第一步是拿它与实验和观测进行比较。这在第十一章已经讨论了。我们看到，即使弦理论经过了那么多的研究，似乎也不可能用当前可行的实验来证明或否定它的某个独特的预言。
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有些科学家会认为这个理由足以抛弃弦理论了，但弦理论是为了解决某些理论难题而创建的。即使没有实验检验，我们也会支持一个能为大问题带来满意解的理论。在第一章里，我描述了理论物理学面临的五个重大问题。能终结爱因斯坦革命的理论应该解决所有这些问题。所以，要公正评价弦理论，应该问它在这方面做得怎么样。
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