弦論“教主”威滕最新動向——倦鳥思歸,？

     按語：昨天發(fā)布的《卡拉比猜想與弦理論》提到弦論（弦理論）還是很“玄”的理論，一方面有很多很多的物理學家乃至數學家極為贊賞弦論,，但也有很多著名的學者持懷疑甚至不屑的態(tài)度,。文中提到沈致遠即后者之一，他指弦論“教主”威滕應該“迷途知返,，不晚,！”

    “最近，弦論的創(chuàng)立者威滕(Edward Witten)已采用彭羅斯的另一創(chuàng)造——扭量理論(twistor theory),，試圖將弦論的11維時空（沈注：即10維空間加1維時間）減為較易對付的4維,?！边@樣,，丘成桐所說的六維情況仍然是一家之言而無實證。

    科學和科學的論斷是具有相對性的,，我所說的“相對性”是指僅限于人類智力所能達到的范圍,，而隨著人對自然或客觀世界認識的深入，曾經的科學有些內容是要修正的,，更何況目前還處于假說或純理性階段的論斷,。

    沈致遠的《倦鳥思歸？——弦論“教主”威滕最新動向》附在下面,，望來訪者比照前面的兩篇文章一并閱讀,，以作客觀了解。

    據2010年3月13日《新科學家》祝賀英國皇家學會會員,、數學物理家彭羅斯(Roger Penrose)八十華誕文章透露：“最近,，弦論的創(chuàng)立者威滕（Edward Witten）已采用彭羅斯的另一創(chuàng)造——扭量理論(twistor theory)，試圖將弦論的11維時空（沈注：即10維空間加1維時間）減為較易對付的4維,?！?/p>

   這是物理學界一大新聞，但我并不感到意外,。

   弦論從開始就基于多維空間,，最早是25維，后減為9維,，威滕隨后又加1維為10維,。在弦論的多維空間中，3維是眾所周知的現實空間,即前后、左右,、上下,，其余多出來的維度據說是“卷曲閉合起來”，成為看不見摸不著的隱蔽空間,。

   弦論在“教主”威滕率領下,，擁有千員猛將，發(fā)表萬篇論文,，經歷兩次革命,，領“萬物之理”一代風騷。遺憾的是,，弦論除了一些數學成果外,，就物理學而言乏善可陳。弦論至今仍缺乏與實驗符合的定量結果,，也提不出像樣的預測可供實驗驗證,。[1]

   日前，我打電話給摯友倪光炯教授報告此新聞,，他說：“弦論曾經歷兩次革命……”我插話：“這次是‘復辟’,！”兩人大笑。他接著說：“是否晚了一點,？”我說：“迷途知返,，不晚！”

   最近讀到美國戴森（Freeman Dyson）教授的一篇好文章[2],。這位在普林斯頓學術圈生活超過半個世紀的理論物理學家兼數學家,，將數學家（其實也包括物理學家）分為鳥和青蛙兩類，鳥的始祖是法國的笛卡爾,，青蛙的始祖是英國的培根,。顧名思義，鳥飛得高看得遠,，戴森認為愛因斯坦是“一只超級的鳥”,；青蛙所見只是周圍的花朵，一次只解決一個問題,，戴森自稱是青蛙,。戴森認為威滕是鳥，他確實是一只大鳥,，展翅翱翔一飛沖天,，思維如天馬行空，視野可窮極蒼冥,；否則,，怎么能使號稱“全世界最聰明的”千員猛將唯其馬首是瞻,？

   既然如此，為什么弦論乏善可陳呢,？答案可從歷史經驗中找,。愛因斯坦不愧為大鵬鳥，敢想前人所不敢想,，他的廣義相對論石破天驚,。有人說：“如非愛因斯坦，廣義相對論不知還要再等多少年,?！笨梢娝w得多么高看得多么遠。愛因斯坦還具有一個更重要的特點,，他想的是基本原理,。相對性原理說白了就是：物理學規(guī)律不應隨觀察者運動狀態(tài)而改變。具體到等速運動即為狹義相對論的基石,，具體到加速運動即為廣義相對論的基石,。此原理既基本又實際，而且非常簡單,，難怪相對論具有“成功相”,，方向對了，一通百通,。

   回過來看弦論,。弦論始于對核力的研究，日裔美國物理學家南部陽一郎（Nambu Yoichiro）發(fā)現核內有弦,，試圖朝此方向建立強相互作用理論，遇到困難暫時擱置,。1984年,，施瓦茨（John Henry Schwarz）等人排除了困難，并發(fā)現弦論中自動出現自旋為2的粒子,，這可能將引力子納入基本粒子理論,。經威滕檢驗發(fā)現弦論可重整化，物理學家看到苗頭蜂擁而至,，弦論從冷門一躍而成為顯學,。但引力子至今尚未發(fā)現，其自旋是否真為2不得而知,。曾被譏為“耍賴皮”的重整化,，只是繞過發(fā)散困難的權宜之計。二者均為技術問題,，根本稱不上基本原理,，弦論出發(fā)點顯得蒼白無力,。如提不出超越相對論的基本原理，志在“萬物之理”只能是夢想,。

   再來看空間維數,。弦論的25維、9維和10維空間并非空穴來風,，乃源自嚴格的數學推導,，發(fā)現唯有這么多維數的空間才能使理論自洽。自洽者,，自圓其說也,，這是理論成立的一個必要條件，但并不一定充分,。物理理論成立必須與實驗符合,，這還不夠，還要提出預測以供實驗檢驗,。如實驗不表態(tài)認可,，那就有大麻煩了，這正是弦論者目前所處的困境,。實驗物理學家和天文學家,，“上窮碧落下黃泉，兩處茫茫皆不見”,，至今沒有發(fā)現3維以外更多維空間存在的跡象,。這或許是威滕不恥下問的原因。

   我在想：聰明如威滕,，再加上那“全世界最聰明的”一千多人,，怎么會在這個關鍵問題上長期被誤導？物理學中的多維空間,，弦論并非始作俑者,。早在1919年，數學家卡魯扎(Theodor Kaluza,，又作卡盧察)在愛因斯坦4維時空基礎上再添加1維空間,，將電磁力納入相對論框架，隨后發(fā)現無法納入弱力和強力,，此說逐漸淡出舞臺,。此外，物理學中抽象多維空間屢見不鮮,，例如“相空間”就有無窮多維,，人們從未將之視為真實空間。弦論的多維空間可能類此,，以9維空間為例,，那多出來的6維可能并非弦論者所認定的額外空間,，而是基本粒子內稟結構的某種對稱性。舉一個通俗例子：全息技術可將3維空間中的真人實物,，映射到2維平面構成幾可亂真的立體圖像,；但小孩子也知道那是假的，不會闖進去和畫中人玩耍,。此例值得弦論者想一想,。

   看來，威滕這只大鳥飛得太高了,，但見無邊茫茫云海,，飛了廿多年不著地。倦鳥思歸,，大地母親總是歡迎的,。

   我說“迷途知返，不晚,！”是有根據的,。經歷正反兩方面的經驗教訓，理論物理學家較前更聰明了,；加以大型強子對撞機（LHC）已投入試運行,，不久可出實驗結果?！吧接暧麃盹L滿樓”,，種種跡象顯示物理學正處于大突破前夕。借用一句足球術語：“只差臨門一腳,?！蓖延H臨瑞士坐鎮(zhèn)，如球到他面前,，以威滕的功力,，這一記近距離射門必定非常凌厲。

   語云：“大器晚成”,，且看后笑是何人。

   [1] 沈致遠. 弦圈之爭：基本粒子研究進入戰(zhàn)國時代.科學,2007,59（3）：42.

   [2] Dyson F. Birds and Frogs. Notice of AMS, 2008, 56（2）：212-223,；中譯文：自然雜志, 2009, 31（5）：298-310.