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在1995年南加州大學召開的超弦年會上,威頓讓所有的人都吃驚不小,他證明了,不同耦合常數的弦論在本質上其實是相同的!我們只能用微擾法處理弱耦合的理論,也就是說,耦合常數很小,在這樣的情況下5種弦論看起來相當不同。但是,假如我們逐漸放大耦合常數,它們應當是一個大理論的5個不同的變種!特別是,當耦合常數被放大時,出現了一個新的維度……第11維!這就像一張紙只有2維,但你把許多紙疊在一起,就出現了一個新的維度……高度!
換句話說,存在著一個更為基本的理論,現有的5種超弦理論都是它在不同情況的極限,它們是互相包容的!這就像那個著名的寓言……盲人摸象。有人摸到鼻子,有人摸到耳朵,有人摸到尾巴,雖然這些人的感覺非常不同,但他們摸到的卻是同一頭象……只不過每個人都摸到了一部分而已!格林(Brian Greene)在1999年的《優雅的宇宙》中舉了一個相當搞笑的例子,我們把它發揮一下:想象一個熱帶雨林中的土著喜歡水,卻從未見過冰,與此相反,一個愛斯基摩人喜歡冰,但因為他生活的地方太寒冷,從未見過液態的水的樣子(無疑現實中的愛斯基摩人見過水,但我們可以進一步想象他生活在土星的光環上,那就不錯了),兩人某天在沙漠中見面,為各自的愛好吵得不可開交。但奇妙的事情發生了:在沙漠炎熱的白天,愛斯基摩人的冰融化成了水!而在寒冷的夜晚,水又重新凍結成了冰!兩人終於意識到,原來他們喜歡的其實是同一樣東西,只不過在不同的條件下形態不同罷了。
這樣一來,5種超弦就都被包容在一個統一的影象中,物理學家們終於可以鬆一口氣。這個統一的理論被稱為〃M理論〃。就像沒人知道為啥007電影中的那個博士發明家叫做〃Q〃(扮演他的老演員於1999年車禍去世了,在此紀念一下),也沒人知道這個〃M〃確切代表什麼意思,或許發明者的本意是指〃母親〃(Mother),說明它是5種超弦的母理論,但也有人認為是〃神秘〃(Mystery),或者〃矩陣〃(Matrix),或者〃膜〃(Membrane)。有些中國人喜歡稱其為〃摸論〃,意指〃盲人摸象〃!
在M理論中,時空變成了11維,由此可以衍生出所有5種10維的超弦論來。事實上,由於多了一維,我們另有一個超引力的變種,因此一共是6個衍生品!這時候我們再考察時空的基本結構,會發現它並非只能是1維的弦,而同樣可能是0維的點,2維的膜,或者3維的泡泡,或者4維的……我想不出4維的名頭。實際上,這個基本結構可能是任意維數的……從0維一直到9維都有可能!M理論的古怪,比起超弦還要有過之而無不及。
不管超弦還是M理論,它們都剛剛起步,還有更長的路要走。雖然異常複雜,但是超弦/M理論仍然取得了一定的成功,甚至它得以解釋黑洞熵的問題……1996年,施特羅明格(Strominger)和瓦法(Vafa)的論文為此開闢了道路。在那之前不久的一次講演中,霍金還挖苦說:〃弦理論迄今為止的表現相當悲慘:它甚至不能描述太陽結構,更不用說黑洞了。〃不過他最終還是改變了看法而加入弦論的潮流中來。M理論是〃第二次超弦革命〃的一部分,如今這次革命的硝煙也已經散盡,超弦又進入一個蟄伏期。PBS後來在格林的書的基礎上做了有關超弦的電視節目,在公眾中引起了相當的熱潮。或許不久就會有第三次第四次超弦革命,從而最終完成物理學的統一,我們誰也無法預見。
值得注意的是,自弦論以來,我們開始注意到,似乎量子論的結構才是更為基本的。以往人們喜歡先用經典手段確定理論的大框架,然後在細節上做量子論的修正,這可以稱為〃自大而小〃的方法。但在弦論裡,必須首先引進量子論,然後才匯出大尺度上的時空結構!人們開始認識到,也許〃自小而大〃才是根本的解釋宇宙的方法。如今大多數弦論家都認為,量子論在其中扮演了關鍵的角色,量子結構不用被改正。而廣義相對論的路子卻很可能是錯誤的,雖然它的幾何結構極為美妙,但只能委屈它退到推論的地位……而不是基本的基礎假設!許多人相信,只有更進一步地依賴量子的力量,超弦才會有一個比較光明的未來。我們的量子雖然是那樣的古怪,但神賦予它無與倫比的力量,將整個宇宙都控制在它的光輝之下。
後記
這個有關量子論的系列自去年開始動筆,其間因為各種原因(包括本人不可思議的懶惰),寫寫停停,到最後完成時用了正好差不多一年時間
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