科普丨《物理学的困惑》：弦理论是万物之理，还是困惑之源？

弦理论是万物之理，还是困惑之源？

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精华笔记 

作者李·斯莫林是美国著名的理论物理学家，圈量子引力创始人之一，被誉为现今最具原创力的理论学家之一。他用参与研究弦理论的亲身经历，为我们剥去弦理论的神秘外衣，认为这个优美的理论让物理学出了问题。

一、弦理论的发展历程和基本思想

1968年，意大利物理学家维尼齐亚诺发现用欧拉函数可以描述粒子的某些性质，科学家发现了其中的物理意义，就是把粒子看成一维的曲线，用曲线的拉伸、振动表示不同的粒子，这个理论被称为“弦理论”。最初的弦理论面临三个难以满足的条件：一是应该存在比光还快的粒子。二是应该存在一种新的零质量的粒子。三是世界必须有25个空间维度。

1984年爆发第一次超弦革命。将“超对称”理论引入弦理论，解决了上述三个问题。第一，理论不再需要比光还快的粒子。第二，新的零质量粒子是引力子，这一发现解决了将引力引入到量子力学的难题，统一了包括引力在内的所有力，使得超弦理论有可能成为万物统一理论。第三，将25维空间降到9维。除了我们生存的3维空间，其他6维蜷缩在卡拉比-丘空间里。

1995年爆发第二次超弦革命，目的是统一5个版本的超弦理论。爱德华·威滕将5个版本的理论在一个更高的维度上统一到了一起，称为M理论。这个理论中除了一维的弦，还有二维的膜，以及更高维的膜。膜像弦一样，也可以发生振动和摆动。

二、弦理论如何影响前沿物理学的研究

（一）弦理论难以被检验

弦理论高度依赖数学，它把数学结构作为研究对象，再从数学中推导出物理事实，这就难免出现数学模型与真实世界难以匹配的结果。

一是无法给出科学预测。弦理论有数不清的数学形式，每一种数学形式都对应着完全不同的物理定律和宇宙模型，我们不知道哪个对应我们的宇宙，因此我们既不能否定弦理论，也无法穷尽如此多的情况去寻找唯一的结果。二是弦理论很难被观测，因为弦太小了。理论上我们需要银河系那么大的粒子加速器，把粒子加到足够的能量才有可能观察到弦的世界，因此我们这一代甚至几代人，都无法看到用这种方式对弦的验证。

（二）弦理论垄断了基础物理研究

1. 在美国，研究弦理论成为一股潮流，跟不上这股潮流的科学家就很难立足。弦理论在学术机构里独领风骚，年轻的理论物理学家如果不走进这个领域，几乎就等于自断前程。

2. 弦理论研究缺乏多样性，严重依赖权威思想。弦理论领域经常会一次又一次遇到相同的研究计划，研究集体处在几位老教授的思想和研究纲领之下，导致弦理论的研究视野变得越来越狭窄。

3. 一些弦理论家忽视弦理论的局限性，夸大理论成就。他们把尚处于猜想中的理论当作事实呈现给公众，甚至有人将理论中的一个猜想称为是“正确但未被证明”的。

4. 弦理论家与非弦理论家之间存在着明显的界限，他们忽视甚至排斥其他理论。弦理论家们有着过强的优越感，他们似乎真的相信其他理论都该为弦理论让路。

第三，物理学的未来该向何处发展

作者认为，科学不存在普遍适用的成功方法，科学活动如同瞎子爬山，是在摸索中前行，成功的策略是随时发现，甚至是随机发现的。我们需要同时拥有两种科学家：思想远大的预言家和技巧娴熟的工艺师。在科学常规时期，工艺师按照标准的实验和计算去完善理论，当理论不能再预言或解释新的实验结果时，科学就进入革命时期，这时，就需要预言家去透过黑暗重新寻找方向。物理学当下的问题就在于，有大量的工艺师去做了预言家的工作，他们精通计算，善于构建模型，但是却缺乏对宇宙本质的思考。

为了让物理学从常规时期进入革命时期，我们需要更多的预言家，构建一种能孕育出真正预言家的科学环境。一是要向独立思考者敞开大门，包容那些与主流研究格格不入的科学家。二是改革同行评议制度，让多元化的研究有更自由的成长空间。三是要调整资源分配的比例，资助更多有冒险精神的研究。

书           名：物理学的困惑

作           者：李·斯莫林

主    讲   人：韩春苗

主讲人简介：媒体编辑，国际新闻学硕士

主           播：刘波林

策 划  编 辑：陈艳

总    编    辑：徐苑