[李淼,,追寻宇宙的“终极理论”] 宇宙全息论 杨振宁

发布时间:2020-04-03 来源: 历史回眸 点击:

  “科学是理解物质宇宙的,宗教是用来理解自我的”      这是个典型的理论物理学家饭局。   呷口啤酒,一个微胖的中年男教授温柔地表示:自己研究的那个模型“那么美,因而不会无用”。
  一个年轻博士后贡献了一个不冷的笑话:上月,欧洲的大型强子对撞机开了个新闻发布会,博彩公马上修改了赔率,2011年找到黑格斯粒子的赔率从1赔13跌到3赔1――那是描述这个宇宙的物理学“标准模型”中“必须存在”的一种粒子,根据某种估算,在欧洲的强子对撞机进行世界上能量最大的物质对撞时,它应该会出现。
  很显然,黑格斯粒子是这帮人感兴趣的话题,在座的理论物理学家们纷纷加入谈话,发表自己的意见。支持者表示,这是再正常不过的事情,黑格斯粒子就要找到了。反对者反驳:因为某种对称性的原因,黑格斯粒子应该是不存在的。也有人说:也许,黑格斯粒子存在,但我们绝对无法找到它。
  旁边的李淼补充道:“丹麦的尼尔森曾经说过,黑格斯粒子无法找到,因为它出现时所产生的时空涟漪会使对撞机在产生它之前就发生故障。”
  “那是个强目的论者。”尼尔森是李淼在哥本哈根大学玻尔研究所时候的同事,也是玻尔研究所最活跃的研究弦论的理论物理学家。
  
  弦论的起源
  
  李淼,洋葱头,微博上“偶尔谈谈物理,总是谈诗歌和音乐”的文学男中年,主业是研究弦论。那是一种完全不同于一般物理学理论的东西,它不是产生于实验,而是发端于一个方程。1968年,一个在麻省理工学院工作的意大利物理学家闲翻数学手册,看见一个两百年前就已经出现了的欧拉β函数,他发现,这个函数一下子就描述了物理学中强相互作用的大量性质。
  对于最初的弦理论,创始人之一M.格林在他的畅销书《宇宙琴弦》中说:“就像一个学生靠记忆用了那个公式,但不知道它的意义和证明”――最初,大家不知道那个函数有什么意义,只是“它看上去是有用的”。
  直到70年代,包括尼尔森在内的3位物理学家才揭示了藏在欧拉公式背后的物理学秘密。他们证明:如果用小小的、一维的、振动的弦来模拟基本粒子,那么它们的核相互作用就能精确地用欧拉公式来描写。假如这些弦足够小,他们看起来仍然像一些点。
  那是弦理论的第一次繁荣,大量理论物理学家投入研究这套新鲜的理论――这个世界的本源,不是什么粒子,而是一些振动的弦。
  在弦论出现之前,人们已经习惯了用广义相对论去描述膨胀的宇宙,用量子力学去描述那些细若微尘的小粒子们。广义相对论与量子力学各司其职,和平共处了五十多年,直到有一天,大爆炸出现了。理论物理学家们恐惧地发现,大爆炸的时刻,整个宇宙从比沙粒还小的微尘中爆发出来,体积极小,却需要代表整个宇宙,量子力学和广义相对论应该一起走进来。
  问题马上出现了,“当广义相对论和量子力学的方程结合时,会像一辆破车,摇晃、颠簸、叮铃哐当地喷出一路废气。”而超弦的框架下,广义相对论和量子力学变得“相互需要”起来。
  这是个不错的结果,不是吗?即使最顽固的反对者也不得不承认,弦论,即使不完美,至少是个办法。到了1985年,弦理论曾被称作“一切事物的理论”(Theory of everything)――人们说,“这是其他一切理论的基础,因而不需要也不允许有更基本的理论来解释它”。
  就在1985年,李淼开始写“关于弦论的不重要的文章”。
  1962年,李淼出生于江苏,父母都是普通工人,李淼记不起小时候有什么名门望族的痕迹。他有一个妹妹,目前在澳洲做生物学研究;还有一个弟弟,现为某地的县长。
  1978年,李淼进入了北京大学物理系。彼时,数学、物理等远离应用的基础学科在中国炙手可热。大学毕业后,他选择了离应用更遥远的宇宙学作为主要研究方向,就在那时的大洋彼岸,研究宇宙学的科学家中,弦理论正越来越时髦。
  1980年代后期,李淼去了意大利的国际理论物理中心,接触到当时的预印本,见到很多当时活跃的人,包括那个传说中“比上帝还聪明”的威顿――1995年,威顿提出了奇妙的“M理论”,M理论革命性地使用11个维度描述我们的世界,统一了弦理论的各个流派,整个宇宙被打包丢进这个弦论方程中。之后,威顿包揽了除诺贝尔奖之外几乎所有能搭上关系的数学、物理奖项。诺奖暂时还很难考虑他,因为它只颁给被证明是正确的理论,而弦论的实验证据“可能最近10年都不会出现”。
  
  十一维的宇宙
  
  8月的威海,一小间教室,几个老师,几个年轻人,一堂理论物理的暑期班课程,10点到中午12点半,两个半小时都在讨论暗能量。他们谈衰变、谈原子上的力,谈宇宙能够允许的最高的山――据说,如果再高,物质就要被压破了。然后,他们遗憾地摇头――那是种理想状态,物质压破之前,山早已因各种原因自己塌掉了。
  有人提出一个问题:视界半径的值是固定的吗?它是不是一直在随宇宙的演化而变化?
  台上的演讲者找黑板,结果教室里只有一块投影屏,于是,他就在空中描述了一下某个公式的大致模样。然后我就惊奇地看到,几个人,就像那个公式写在黑板上那样涂涂改改。
  忽然间,我想起了一句话:“我们看到弦理论在宣传宇宙具有的空间维比我们知道的更多,它们有些卷缩成微小却复杂的形态,奇妙地经历空间结构破裂而复原和变换。”我忽然间开始相信,那些“微小却复杂的形态”,应该就像那个看不见的公式一样,是这些物理学家头脑中的客观存在。
  李淼说:“我喜欢物理,它很好玩。”对自己研究的超弦,偶尔他会自嘲:“光看完引文就得一礼拜,吓死的学生没有100个也有50个。有的是被命题吓的,有的是被定理吓的,你要是被引理吓的你都不好意思跟人打招呼……”
  可没过多久,博客上又有了他的自我开解:“我们总是抱怨弦论发展太慢……的确,绝大多数文章不是一般的无聊,可是我们要记住狄更斯在《双城记》中的教诲:这是一个最好的时代,这是一个最坏的时代。”
  谈到女儿和儿子都选了生物学作为专业,他说,“那些学科比较分散”,而物理学,尤其是他在研究的宇宙学,“问题比较集中”,所有的努力致力于寻找一套完整的宇宙理论。
  曾获过诺贝尔物理学奖的理论物理学家斯蒂文•温伯格说:“寻求一种完整宇宙理论的科学努力,本质上是给人类存在增添尊严和意义的事业之一。”而另一些胆识和名气都不那么大的理论物理学家则回应得更为平和,他们工作的理由是:“多么美”――美的含义,对一个物理学家来说,通常意味着微妙的对称与不对称,以及简洁。
  
  物理学之外
  
  2001年,把严谨的历史搭配上适度的八卦,李淼开始在网络上写一系列的“弦论小史”。2005年,“弦论小史”结集成《超弦史话》出版,有冷静的读者评价:“很好的物理学史,但没啥实质性内容,劝读者好好分辨,保持冷静,物理学史写得有煽动性是必备的春秋笔法之一。”
  2006年,李淼开始了自己的博客写作,“将认真的劲头用在学问上,八卦的精神用在网上”。他在博客上几乎每问必复,一边板着脸做年轻人眼中的理论物理权威,一边“八卦物理”。
  出外开会,笔记本电脑在宾馆的小书桌上播放肖邦的钢琴曲,李淼说:网络刺激了我三大爱好,诗歌、科普和音乐。
  他在微博上写:“对年轻人说,你们还是要认真研究专业的,少搞点业余爱好,除非你将来不以研究为职业,毕竟,多才多艺的时代过去了。”他认为,“年轻时专心一项是正确的选择,但要培养爱好,等年纪足够大时再捡起来。” ――看来,他觉得自己年纪足够大了。
  翻一翻我带去的一本《纽约时报50位科学家》,包括霍金、沃森和朱棣文在内,他认识的不超过十个,他笑了笑,“大部分都是生物学家,我只认识物理学家。”不过他说,“我年轻的时候,理论物理和数学看上去最有挑战性,那是理解这个一切运转得严丝合缝的世界的美丽理论,一切都显得那么简单和美。”
  他说,科普与被写的内容关系太大,因此,他更喜欢诗歌,更纯粹些,“那是让我每天至少有一段时间摆脱那些成年人孜孜不倦追求名利的物质世界的美丽发明。”
  翻到拿过诺贝尔奖的化学诗人霍夫曼那页,霍夫曼说:“就科学文献而言,最好的化学杂志接受率为60%。而诗的接受率,即使投给很平庸的诗刊,也只有大约5%,而且,诗的编辑甚至不给你一个同行评议就断然拒绝。”李淼说,“这说明,写诗歌人比我们想象的多得多。”
  作为一个毕生思考“终极理论”的理论物理学家,他坚信物质世界总该符合某些简洁又美丽的法则。他不赞同那句,“当物理学家们终于爬到顶峰时,发现佛学家已在那里等候多时”,不过,他认为科学和宗教没那么严重的冲突,“科学是理解物质宇宙的,宗教是用来理解自我的。”
  他为弦论写诗,诗里说:“弦与空气是这么简单。光落在画布也很简单。”
  他的书桌上,放了本德国作家赫尔曼•黑塞的书。也许,他读过黑塞的那句话,黑塞说:“我存在的意义并不是为了写诗、预言或作画,任何人生存的意义都不应是这些。这些只是旁枝末节。对每个人而言,真正的职责只有一个:找到自我。”

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