m理论：所有超弦理论之母

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1、M理论：所有超弦理论之母　　每过10年左右，在弦理论上就会出现一个惊人的突破，在理论物理学界掀起一场轩然大波，使得人们一窝蜂地发表论文和开展各种活动。而这一次，当论文不断涌入美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的计算机公告板及其官方有关超弦论文的信息资源库时，整个国家实验室的网线都热得要燃烧起来了。加州理工学院的约翰?施瓦兹（美国理论物理学家，弦理论的奠基者之一）向世界各地的学术协会宣布“第二次超弦革命”已经到来。普林斯顿高等研究院的爱德华?威滕（美国　　著名数学家），则发表了一个历时3小时的引人入胜的演讲，向人们描述“第二次超弦革命”。　　这一突破带来的余震甚至撼动了其他

2、学科，如数学领域。普林斯顿高等研究院主任、数学家菲利普?格里菲思说：“我能够感受到该领域的人们所感受到的那种兴奋，以及这股浪潮将给我所专注的数学领域带来的变革……真是十分不得了。我觉得，能够在此生亲自见证这一切，真是我的荣幸。”　　哈佛大学的卡姆兰?瓦法教授曾经说：“在这一点上我可能有偏见，但是我认为，这也许是，至少在过去的20年里，不仅在弦理论中，而且在整个理论物理学中，所取得的最重要的进展。”而触发科学家所有兴奋的，是一种被称为“M理论”的理论发现，这一理论可以解释“弦”12的起源。在一阵令人眼花缭乱的冲击之下，这一全新的理论解决了一系列自弦理论诞生伊始就长期

3、困扰人们的谜团。这些谜团始终卡着许多理论物理学家（包括我自己在内！）的喉咙。此外，M理论甚至可能迫使弦理论改变它的名字。虽然M理论的许多特征都还是未知数，但它似乎并不只　　是一个纯粹关于“弦”的理论。得克萨斯州农工大学的迈克尔?达夫已经发表了一篇名为“原来被称为‘弦理论’的理论”的演讲。弦理论学家谨慎地指出，这并不能证明该理论的最终正确性，用任何方式都不行。这可能需要我们再努力上几年或者几十年。但是它标志着一个最为重大的突破，而这个突破已经重塑了整个领域。　　“狮子”寓言　　爱因斯坦曾经说过，“大自然只是给我们亮出了‘狮子’的一条尾巴而已。但我从不怀疑，尽管由于它

4、身躯庞大，‘狮子’不能立刻露出它的全貌，但毫无疑问，这条尾巴就是那狮子的。”爱因斯坦将他生命的最后30年全部用在寻找可以引领他找到“狮子”的那条“尾巴”上。当然了，这里的“狮子”指的是传说中的“统一场论”，或者说是“万有理论”。而“统一场论”或者“万有理论”，应该能够将宇宙中所有的力合并进一个方程中。那么，宇宙中的四种基本作用力（万有引力、电磁力、强核力和弱核力）将由一个长度也许只有两三厘米的方程统一起来。捕捉到这头“狮子”，将是所有物理学领域最伟大的科学成就，将是自希腊人第一次问自己“世界是由什么组成的”以来2000年的科学研究中最高的科学成就。但是，虽然爱因斯

5、坦是第一位踏上这一崇高“狩猎”征程、开始追踪“狮子”脚印的人，但他最终跟丢了踪迹，迷失在了荒野中。20世纪的其他物理学巨人，如维尔纳?海森堡和沃尔夫冈?泡利，也加入了这一“狩猎”12征程。但是，所有简单的想法都尝试过了，并且都被证明是错误的。尼尔斯?玻尔有一次听泡利讲座，在这个讲座上，泡利解释了“泡利版本”的“万有理论”，尼尔斯?玻尔站了起来，对泡利说：“我们从根本上一致认可你的理论，你的理论真是疯狂。但是我们之间的区别，就在于你的理论是否够疯狂！”　　事实上，在通向“万有理论”的追踪之路上，布满了失败的科学探险家的遗骸，还有他们的梦想。然而，今天，物理学家追踪着

6、的是一条不同的线索，这条线索可真称得上是“够疯狂”的，希望可以以此找到整头“狮子”。这条新的线索将人们引向了超弦理论。超弦理论是“万有理论”最好的（实际上也是唯一的）候选理论，不像它的竞争对手，很早就被淘汰出局。超弦理论历经每一个掷向它的猛烈的数学挑战存活至今。其实这一点儿也不奇怪，超弦理论是一个激进的、疯狂的理论，对过去的人们来讲，是一个十足的离经叛道的理论，而且它是以10维时空中那些小小的弦的振动为基础的。此外，超弦理论可以很容易地将爱因斯坦的引力理论兼并入其理论中。威滕曾经说：“不同于传统的量子场论，弦理论需要引力。我认为这一事实说明，该理论是有史以来人类取

7、得的最伟大的科学见解之一。”但是直到最近，人们才发现了它的一个明显的弱点，那就是，弦理论家一直以来都无法探测该模型的所有可能的解，在对所谓的“非微扰区域”探索的过程中一败涂地，在下文中我将对此问题进行描述。这一点是至关重要的，因为归根结底，我们的宇宙（有着非常非常多样化的星系、恒星、行星、亚原子粒子，甚至还有人）可能正处于这一“非微扰区域”12。除非这一区域被彻底搞清楚，否则我们真的不知道该怎么评论弦理论。弦　　理论到底是“万有理论”，还是一个什么也不是的理论呢？这正是今天的人们的兴奋点之根本所在。物理学家在第一次用上了一个被称为“对偶”的强大工具后，现在他们正在

8、探索的已经