【科技】物理巨匠爱德华·威滕依然坚信弦理论在正确的轨道上发展

弦理论是一个充满了大家热切的目光，但也饱受争议的理论，这里有弦论发现者对弦论的影响以及意义和展望！

图片来源: Jewish Currents, http://jewishcurrents.org/tag/edward-witten.

1990年在宇宙学会议上，我问出席者，就像史蒂芬•霍金（Stephen Hawking）,迈克尔•特纳（Michael Turner）, 詹姆斯•皮布尔斯（James Peebles）,阿兰•古斯（Alan Guth）和安德烈•林德（Andrei Linde这些物理学家们一样，我们推荐谁为物理学家中最聪明的人？Edward Witten得到了最多的选票（史蒂文•魏因贝格，Steven Weinberg是第二名）。一些人认为爱德华•威滕（Edward Witten）和爱因斯塔、牛顿一样伟大。威滕曾经和现在以他的弦理论而著名，弦理论统一了量子力学和相对论，并且他认为所有的自然力—包括引力—都是由于包含“额外维”的多维空间中无限小粒子的蠕动引起的。

威滕:“当我希望能从第一原理最终计算出电子和μ介子之比时，我甚至希望宇宙景观的解释是错误的（包括一些别的事情）。然而，宇宙并非是为了我们的便利而建的。

尽管如此，弦理论—一些弦理论的狂热者（不包括威滕）称它为“万物的真理”—还是很有争议的，因为仿佛没有什么方式去证实弦、或者弦依赖的额外维度的存在。一年之后，当威滕在普林斯顿高级研究所承认（虽然很不情愿）这一点时，我非常激动。在我们的偶遇后，我写了一篇威滕的简评，“超弦论的诱骗者”发表在1991年的《科学美国人》；我长篇的评论发表在我1996年出版的书籍《科学的终结》（The End of Science）中。这里有一些摘录。

我问威藤是怎样回应那些批评者关于超弦论没有可操作性、不是真正物理的质疑的。威藤说，这个理论已经推导出了引力。“严格的说，弦论是一个后见性预言，即使就某种意义而言，形成一种理论之前应先有实验验证，而事实上重力是弦理论的推论，但对我来说，它是有史以来最伟大的理论见解之一。”

他承认，甚至强调，没有人真正看穿这一理论，这可能是数十年才会出现的对自然非常精确的描述。他不像别人一样预言弦论可能是物理终结。然而，他坚信弦论最终将产生深远的现实的新的理解。“好的错误想法也是很罕见的”他说，“至今还没有发现一个好的错误观点能比得上弦理论所带给我们的价值。”当我继续试探威藤的时候，他开始变得有些恼火“我并不认为我成功给你传达了弦理论的奇妙之处，它所能达到的不可思议的一致性和非凡的优雅美丽是很难用语言表达的。”换句话说，超弦论即使是错误也非常美丽！

最近，威藤赢得了基础科学京都奖，它是由日本稻盛和夫创建的授予“那些对科学、文化和人类精神有显著贡献的人”威藤得到了五千万日元，约合五十万美元。京都奖的网站声明：“威藤博士30多年来作为超弦理论的演变的领导者，他对理论物理学有重大的贡献。此外，他的物理直觉和数学能力提示了很多数学家关于尖端问题的研究。”

我对威藤的评论总是非常严厉的，所以当京都奖的公关问我最近是否想采访威藤时，我很惊喜并且欣然接受了。我提出了一些问题，威藤通过电子邮件回答了我。

霍根:我上次采访您时是在1991年，你说：“还没有任何一种有更好的错误思想能比得上弦理论。”你现在仍旧确信弦理论最终能成为正确的理论么（或者用它后续的名字，M理论）？

威藤:我想我会坚持我在1991年的说法。从那时开始，第二次超弦理论演变开始了，并且弦理论在用于理解很多常见的物理和数学理论问题上有了很多惊人的进展。这些进展给了我们一个感觉，就是我们所做的是正确的。（我2005年的文章“Unravelling string theory”（阐述弦理论）其中有当时更多的细节）

霍根:你知道别的对手关于物理大统一的理论么？

威藤:在这里，没有那些仿佛很有趣的矛盾意见。原因之一是，就像说“阐述”这个词是一个有趣的矛盾点（扭量理论，非交换几何…）倾向于吸收大同方面的部分。那些有趣的有矛盾的方面非常零碎，并且当把他们利用弦理论解释时会有所收获。

霍根:现在大概有10500种弦理论的版本，每个“预言”都有一个不同的宇宙。Leonard Susskind和一些人认为这个猜想的宇宙是真实存在的，绘制了一个平行宇宙的“景观”。但是像彼得•沃伊特（Peter Woit）,保罗•施泰因哈特（Paul Steinhardt）和乔治•艾利斯（George Ellis）这些物理学家抱怨弦理论和平行宇宙可能无法观测，并且因此不是真正的科学。你怎样回应这些质疑呢？

威藤:以我个人来说，我希望宇宙景观的解释是错误的，就像我希望能够最终计算出第一原理中电子和μ介子的比（包括别的事物），然而，宇宙并非是为了我们的便利而建的。很多的物理学泰斗—比较显著的例子是史蒂文•魏因贝格和马丁•里斯（Martin Rees） —研究严重加速的宇宙膨胀仿佛暗示了宇宙“景观”的解释是正确的。它在1998年公布，是一个伟大的发现（两年之后出版你的书《科学的终结》真不是一个好时机）。在我个人相信这个发现之前，它花费了这么多年拥有了这么多数据真的让我感觉非常震惊，[霍根:了解宇宙加速度见下面的附录]

如果宇宙“景观”的解释正确的，我们能得到更多的线索使这更可信吗？这个明显的可能性牵涉到大型强子对撞机的得出的结果。我解释了它为什么出现在我2004年的文章中《当对称性消失》（When symmetry breaks down）。我写的东西没有原型，但却给出了最简洁的解释。如果它是正确的，那么文献中会有很多建议，是关于我们应当怎样获得更多的令人信服的线索来解释“景观”（比如在微波背景辐射下看到一个先验的相变信号）。总结这些建议是非常困难的，我们很难知道，哪些建议是最有价值的描述。

另一个可能性是，由于有别的预测出现，一个预测理论的景观将会成为完善的。弦论批判者的问题是，由于他们振振有词的做出预言，关于真空状态的宇宙景观解释是正确的。但从现在开始200年后，如果有更多的线索出现，可能包括现在所不能预见的，他们很有可能就是错误的。似乎很明显，弦真空的景观对于弦理论的可行是非常有必要的。

霍根:你同意Sean Carroll说可证伪性是被高估的区分科学和伪科学的标准么？

威藤:科学家的目标是尽我们所能去获得精确的自然描述。金本位制度是一个精确的预言可以测验实验室试验的精确方式。利用试验来反驳理论是科学流程的一个重要组成部分。

这表示，科学是由尝试篡改理论而来，是一个太过狭隘的说法，由于很多的科学是由尝试发现事物构成的。（化学家们尝试一种新的化合可以说是篡改那些无效的化合假设。但是这不是他们经常会说的话。人们去火星寻找生命，可以说是尝试篡改火星上没有生命的假设。同样，人们通常不会用这样的方式去探讨问题。）

霍根:多元宇宙论是可被检验的吗（无论是受到弦理论还是别的理论的启发）？如果不是，大家应当认真对待这个理论么？

威藤:如果宇宙景观解释是正确的，当然可能会得到很多的线索来支持它，就像我上文指出的。

霍根:为什么我们生活在这个宇宙中，而不是另一个完全不同的，一些多元宇宙理论的支持者促使人择原理作为这个问题的答案。你认为人类的法则合乎科学这个命题的吗？

威藤:就像我上面所说的，我宁愿从第一原理解释宇宙，不关乎于人类关怀这个命题。但是我要重申，宇宙不是为了我们的便利而形成的，它的答案不会存在任何的偏见。

霍根:你认为科学真的将会解释宇宙是如何形成的吗？为什么有这些可能是错误的理论比没有理论强呢？

威藤:在理解早期宇宙的问题上，科学有着惊人的成功，比如，正如你可能知道的，从我们上次讨论的时候到现在，已经有了大量的宇宙“膨胀”的证据（或者从你的书发布的时候）。然而，当你问我们是否将能够“精确”的了解宇宙的形成，这是一个非常难以回答的问题[霍根:我无法接受宇宙膨胀的证据比起1996年多了非常多这种说法，看我关于宇宙膨胀的补充阅读，然后看威藤的澄清]我想我更喜欢说那些我看到的那些更好的理解。很明显，现有的观测结果可以提供帮助的。最直接的结果是将提供更多的数据给宇宙微波背景辐射的极化问题。我们应当在几年中知道更多。在几十年的时间尺度上，根本上非常新的见解可能来自宇宙21世纪背景辐射的观测并且可能来自于别的技术。

然而，作为一个理论家，我愿意对一些未知结果的理论做出一些评论，因为可能会给未来的研究提供一些期待。这包含宇宙膨胀理论。当我评论后，现在又相当多的证据证明宇宙在膨胀。但这些成就也不是始终如一的，数学提供了宇宙膨胀理论一个逻辑框架。如果膨胀理论是正确的，我想这个问题就有一个可以得到解决的美好希望，这也可能引导我们更好的了解早期宇宙。同样的，自从上次我们交谈后，在量子效应是很强的情况下，理解弦论的表现这一研究获得了极大的进展。但是在依赖时间情况下的行为却几乎没有进展（它在宇宙早期非常重要）。

这是一个相对适定的数学问题，并且我猜想这是一个最终获得更好的早期宇宙解释的好机会。

霍根:你认为会有一些神奇的东西是科学永远不能解释的么？

威藤:即便我们非常努力，竭尽所能，我们也不会知道这个已经开始的旅程我们将要走多久才能到达。现代科学的努力是持续了数百年得到的结果，而我们现在达到的程度是我们的前辈无法想象的。

霍根:一些物理学家，比如霍金和劳伦斯•克劳斯（Lawrence Krauss），说哲学已经过时了。你同意这样的说法么？你有没有发现一些哲学家的工作很有趣或者对你的工作有帮助呢？

威藤:就我个人来说，我深受“自然哲学家”的影响，比如詹姆斯•克莱克•马克斯维尔（James Clerk Maxwell）。

霍根:你信奉宗教么？你认为宗教和科学是兼容的吗？

威藤:我认为科学是更有趣的启蒙。

附录：像威藤,是在20世纪90年代提出了宇宙膨胀速度在增长的理论的科学家，我感到非常震撼，并且也持有怀疑态度。现在，我认为这是“在过去十年中物理学和宇宙学最令人激动的进步”就像我在2006年表述的那样。如果我想要批评《科学的终结》，那我得把宇宙的加速膨胀放在头条。但是，迄今为止这个发现只遗留了一些有趣的动量矩在《生活大爆炸》中被调侃，这在20世纪初它还是一个没有革命性的突破和思考模式的转变的理论。

威藤澄清：当我说现在宇宙膨胀的证据比你出书的时候多的多，我不是暗指BICEP的发现。我提及的是在你的书出版后近十年间，所有关于宇宙微波波动数据的总数。在早期宇宙，关于膨胀的证据确实是多了很多。即使他们不是物理学家或者天文学家，他们都能告诉你这些。仅在我的一篇有关宇宙微波背景(Cosmic Microwave Background，CMB)的评论中含蓄的暗示过BICEP（在后面的采访中，这用于回答我们是否有宇宙起源完整的知识体系）。我的意思是，在几年之内，我们将会知道，BICEP的存在是否能达到一定的水平而在宇宙微波背景下被发觉。

扩展阅读：

“尽管有重力波的发现，为什么我仍然怀疑宇宙膨胀理论”

http://blogs.scientificamerican.com/cross-check/2014/03/17/why-i-still-doubt-inflation-in-spite-of-gravity-wave-findings/. The BICEP2 results, which I discuss in this post and to which Witten alludes, are looking shakier and shakier.在这篇文章中我将和Witten讨论这个问题，看似不稳定的BICEP2的结果。

嘿，物理，现实一点儿！

http://chronicle.com/article/Hey-Physics-Get-Real-/126662/

如果你想要更多的希格斯粒子的宣传资料，不要看这个专栏。

http://blogs.scientificamerican.com/cross-check/2012/07/04/if-you-want-more-higgs-hype-dont-read-this-column/

另请参阅和George Ellis 、Carlo Rovelli的Q&As，他们也对弦、多元宇宙、可证伪性等物理叙述做出过评论专题。

关于作者：每周，爱玩曲棍球的科学作家约翰•霍根（John Horgan）都要用他调皮而带有恶作剧的目光审视科学界发生的大事。他是史蒂文斯理工学院（Stevens Institute of Technology）的老师，同时也是包括《科学的终结》（艾迪生•维斯理Addison Wesley出版社）《战争的结束》（The End of War）(麦克斯韦尼（McSweeney）出版社，2012)等四本书的作者。你可以在推特上关注他@Horganism。（翻译：刘思辰）