物理學(xué)家、《優(yōu)雅的宇宙》作者布賴恩·格林（Brian Greene）訪談

　　過(guò)去一談到弦論，人們就感到頭暈?zāi)X脹，就算是弦論專家也煩惱不已；而其他物理學(xué)家則在一旁嘲笑它不能做出實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)；普通人更是對(duì)它一無(wú)所知?？? 學(xué)家難以同外界說(shuō)明為什么弦論如此刺激：為什么它有可能實(shí)現(xiàn)愛(ài)因斯坦對(duì)大統(tǒng)一理論的夢(mèng)想，為什么它有助于我們深入了解“宇宙為何存在”這樣深?yuàn)W的問(wèn)題。然 而從1990年代中期開(kāi)始，理論開(kāi)始在觀念上統(tǒng)合在一起，而且出現(xiàn)了一些可檢驗(yàn)但還不夠精確的預(yù)測(cè)。外界對(duì)弦論的關(guān)注也隨之升溫。今年7月，伍迪·艾倫在 《紐約人》雜志的專欄上以嘲弄弦論為題材——也許這是第一次有人用“卡拉比-丘”空間理論來(lái)談?wù)撧k公室戀情。

　　談到弦論的普及，恐怕沒(méi)有人能比得上布賴恩·格林。他是哥倫比亞大學(xué)的物理學(xué)教授，也是弦論研究的一員大將。

　　 他于1999年出版的《優(yōu)雅的宇宙》（The Elegant Universe）一書(shū)在《紐約時(shí)報(bào)》的暢銷書(shū)排行榜上名列第四，并入圍了普利策獎(jiǎng)的最終評(píng)選。格林是美國(guó)公共電視網(wǎng)Nova系列專輯的主持人，而他近期 剛剛完成了一本關(guān)于空間和時(shí)間本質(zhì)的書(shū)?！犊茖W(xué)美國(guó)人》的編輯George Musser最近和格林邊吃細(xì)弦般的意大利面邊聊弦論，以下是這次“餐訪”的紀(jì)要。

　　SA：有時(shí)我們的讀者在聽(tīng)到“弦論”或“宇宙論”時(shí)，他們會(huì)兩手一攤說(shuō)：“我永遠(yuǎn)也搞不懂它?！?/p>

　　格林：我的確知道，人們?cè)谝婚_(kāi)始談到弦論或者宇宙論時(shí)會(huì)感到相當(dāng)?shù)某粤?。我和許多人聊過(guò)，但我發(fā)現(xiàn)他們對(duì)于這些概念的基本興趣是那么的廣泛和深刻，因此，比起其他更容易的題材，人們?cè)敢庠谶@方面多花點(diǎn)心思。

　　SA： 我注意到在《優(yōu)雅的宇宙》一書(shū)中，你在很多地方是先扼要介紹物理概念，然后才開(kāi)始詳細(xì)論述。

實(shí)現(xiàn)突破與否，往往就取決于一點(diǎn)點(diǎn)洞察力

　　格林：我發(fā)現(xiàn)這個(gè)法子很管用，尤其是對(duì)于那些比較難懂的章節(jié)。這樣一來(lái)讀者就可以選擇了：如果你只需要簡(jiǎn)要 的說(shuō)明，這就夠了，你可以跳過(guò)底下比較難的部分；如果你不滿足，你可以繼續(xù)讀下去。我喜歡用多種方式來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，因?yàn)槲艺J(rèn)為，當(dāng)你遇到抽象的概念時(shí)，你需 要更多的方式來(lái)了解它們。從科學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，如果你死守一條路不放，那么你在研究上的突破能力就會(huì)受到影響。我就是這樣理解突破性的：大家都從這個(gè)方向看問(wèn) 題，而你卻從后面看過(guò)去。不同的思路往往可以發(fā)現(xiàn)全新的東西。

　　SA： 能不能給我們提供一些這種“走后門(mén)”的例子？

　　格林： 嗯，最好的例子也許是維頓（Edward Witten）的突破。維頓只是走上山頂往下看，他看到了其他人看不到的那些關(guān)聯(lián)，因而把此前人們認(rèn)為完全不同的五種弦論統(tǒng)一起來(lái)。其實(shí)那些東西都是現(xiàn)存 的，他只不過(guò)是換了一個(gè)視角，就“砰”地一下把它們?nèi)b進(jìn)去了。這就是天才。 對(duì)我而言，這意味著一個(gè)基本的發(fā)現(xiàn)。從某種意義上說(shuō)，是宇宙在引導(dǎo)我們走向真理，因?yàn)檎沁@些真理在支配著我們所看到的一切。如果我們受控于我們所看到的 東西，那么我們就被引導(dǎo)到同一個(gè)方向。因此，實(shí)現(xiàn)突破與否，往往就取決于一點(diǎn)點(diǎn)洞察力，無(wú)論是真的洞察力還是數(shù)學(xué)上的洞察力，看是否能夠?qū)|西以不同的方 式結(jié)合起來(lái)。

　　SA： 如果沒(méi)有天才，你認(rèn)為我們會(huì)有這些發(fā)現(xiàn)嗎？

　　格林：嗯，這很難說(shuō)。就弦論而言，我認(rèn)為會(huì)的，因?yàn)槔锩娴闹i正在一點(diǎn)一點(diǎn)地變得清晰起來(lái)。也許會(huì)晚5年或 10年，但我認(rèn)為這些結(jié)果還是會(huì)出現(xiàn)。不過(guò)對(duì)于廣義相對(duì)論，我就不知道了。廣義相對(duì)論實(shí)在是一個(gè)大飛躍，是重新思考空間、時(shí)間和引力的里程碑。假如沒(méi)有愛(ài) 因斯坦，我還真不知道它會(huì)在什么時(shí)候以什么主式出現(xiàn)。

　　SA：在弦論研究中，你認(rèn)為是否存在類似的大飛躍？

　　格林：我覺(jué)得我們還在等待這樣一種大飛躍的出現(xiàn)。弦論是由許多小點(diǎn)子匯集而成的，許多人都做出了貢獻(xiàn)，這樣 才慢慢連結(jié)成宏大的理論結(jié)構(gòu)。但是，高居這個(gè)大廈頂端的究竟是怎么樣的概念？我們現(xiàn)在還不得而知。一旦有一天我們真的搞清楚了，我相信它將成為閃耀的燈 塔，將照亮整個(gè)結(jié)構(gòu)，而且還將解答那些尚未解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

相對(duì)論是對(duì)時(shí)間和空間重新思考的里程碑，我們正在等待另一次這樣的飛躍

　　SA：讓我們來(lái)談?wù)劖h(huán)量子理論與其他一些理論。你總是說(shuō)弦論是唯一的量子引力論，你現(xiàn)在還這么認(rèn)為嗎？

　　格林：呃，我認(rèn)為弦論是目前最有趣的理論。平心而論，近來(lái)環(huán)量子引力陣營(yíng)取得了重大的進(jìn)展。但我還是覺(jué)得存 在很多非?；镜膯?wèn)題沒(méi)有得到解答，或者說(shuō)答案還不能令我滿意。但它的確是個(gè)可能成功的理論，有那么多極有天賦的人從事這項(xiàng)研究，這是很好的事。我希望， 終究我們是在發(fā)展同一套理論，只是所采用的角度不同而已，這也是施莫林（Lee Smolin）所鼓吹的。在通往量子力學(xué)的路上，我們走我們的，他們走他們的，兩條路完全有可能在某個(gè)地方相會(huì)。因?yàn)槭聦?shí)證明，很多他們所長(zhǎng)正是我們所 短，而我們所長(zhǎng)正是他們所短。弦論的一個(gè)弱點(diǎn)是所謂的背景依賴（background-dependent）。我們必須假定一個(gè)弦賴以運(yùn)動(dòng)的時(shí)空。也許人 們希望從真正的量子引力論的基本方程中能導(dǎo)出這樣一個(gè)時(shí)空。他們（環(huán)量子引力研究者）的理論中的確有一種“背景獨(dú)立”的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，從中可以自然地推導(dǎo)出時(shí) 空的存在。從另一方面講，我們（弦論研究者）可以在大尺度的結(jié)構(gòu)上，直接和愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論連接起來(lái)。我們可以從方程式看到這一點(diǎn)，而他們要和普通的引 力相連接就很困難。這樣很自然地，我們希望把兩邊的長(zhǎng)處結(jié)合起來(lái)。

　　SA：在這方面有什么進(jìn)展嗎？

　　格林：很緩慢。很少有人同時(shí)精通兩邊的理論。兩個(gè)體系都太龐大，就算你單在你的理論上花一輩子時(shí)間，竭盡你的每一分每一秒，也仍然無(wú)法知道這個(gè)體系的所有進(jìn)展。但是現(xiàn)在已經(jīng)有不少人在沿著這個(gè)方向走，思考著這方面的問(wèn)題，相互間的討論也已經(jīng)開(kāi)始。

　　SA：如果真的存在這種“背景依賴”，那么要如何才能真正深刻地理解時(shí)間和空間呢？

　　格林：嗯，我們可以逐步解決這個(gè)難題。比如說(shuō)，雖然我們還不能脫離背景依賴，我們還是發(fā)現(xiàn)了鏡像對(duì)稱性這樣 的性質(zhì)，也說(shuō)是說(shuō)兩種時(shí)空可以有相同的一套物理定律。我們還發(fā)現(xiàn)了時(shí)空的拓?fù)渥兓嚎臻g以傳統(tǒng)上不可置信的方式演化。我們還發(fā)現(xiàn)微觀世界中起決定作用的可 能是非對(duì)易幾何，在那里坐標(biāo)不再是實(shí)數(shù)，坐標(biāo)之間的乘積取決于乘操作的順序。這就是說(shuō)，我們可以獲得許多關(guān)于空間的暗示。你會(huì)隱約在這時(shí)看見(jiàn)一點(diǎn)，那里又 看見(jiàn)一點(diǎn)，還有它們底下到底是怎么一回事。但是我認(rèn)為，如果沒(méi)有“背景獨(dú)立”的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，將很難把這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴湊成一個(gè)整體。

　　SA：鏡像對(duì)稱性真是太深?yuàn)W了，它居然把時(shí)空幾何學(xué)和物理定律隔離開(kāi)來(lái)，可過(guò)去我們一直認(rèn)為這二者的聯(lián)系就是愛(ài)因斯坦說(shuō)的那樣。

     格林：你說(shuō)的沒(méi)錯(cuò)。但是我們并沒(méi)有把二者完全分割開(kāi)來(lái)。鏡像對(duì)稱只是告訴你遺漏了事情的另一半。幾何 學(xué)和物理定律是緊密相連的，但它就像是一副對(duì)折開(kāi)的地圖。我們不應(yīng)該使用物理定律和幾何學(xué)這個(gè)說(shuō)法。真正的應(yīng)該是物理定律與幾何-幾何，至于你愿意使用哪 一種幾何是你自己的事情。有時(shí)候使用某一種幾何能讓你看到更多深入的東西。這里我們又一次看到，可以用不同的方式來(lái)看同一個(gè)物理系統(tǒng)：兩套幾何學(xué)對(duì)應(yīng)同一 套物理定律。對(duì)于某些物理和幾何系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)只使用一種幾何學(xué)無(wú)法回答很多數(shù)學(xué)上的問(wèn)題。在引入鏡像對(duì)稱之后，我們突然發(fā)現(xiàn)，那些深?yuàn)W無(wú)比的問(wèn) 題一下子變得很簡(jiǎn)單了。

理論上可以導(dǎo)出許多不同的宇宙，其中我們的宇宙似乎是唯一適合我們生存的

　　SA：弦論以及一般的現(xiàn)代物理學(xué)，似乎逼近一個(gè)非如此不可的邏輯結(jié)構(gòu)；理論如此發(fā)展是因?yàn)樵贌o(wú)他路可走。一方面，這與“人擇”的方向相反；但是另一方面，理論還是有彈性引導(dǎo)你到“人擇”的方向。

　　格林：這種彈性是否存在還不好說(shuō)。它可能是我們?nèi)狈θ胬斫舛藶樵斐傻募傧?。不過(guò)以我目前所了解的來(lái)推斷，弦論確實(shí)可以導(dǎo)出許多不同的宇宙。我們的宇宙可能只是其中之一，而且不見(jiàn)得有多么特殊。因此，你說(shuō)得沒(méi)錯(cuò)，這與追求一個(gè)絕對(duì)的、沒(méi)有商量余地的目標(biāo)是有矛盾的。

置身于弦宇宙，時(shí)空可能像這樣：另有6維卷曲在所謂的“卡拉比-丘空間”內(nèi)

　　SA：如果有研究生還在摸索，你如何在方向上引導(dǎo)他們？

　　格林：嗯，我想大的問(wèn)題就是我們剛才談到的那些。我們是否能窮究時(shí)間和空間的來(lái)源？我們能否搞清楚弦論或M 理論的基本思想？我們能否證明這個(gè)基本思想能導(dǎo)出一個(gè)獨(dú)特的理論？這個(gè)獨(dú)特理論的獨(dú)特解，也就是我們所知的這個(gè)世界？有沒(méi)有可能借助天文觀測(cè)或加速器實(shí)驗(yàn) 來(lái)驗(yàn)證這些思想？ 甚至，我們能不能回過(guò)頭來(lái)，了解為什么量子力學(xué)必然是我們所知世界不可或缺的一部分？任何可能成功的理論在其深層都得依賴一些東西：比如時(shí)間、空間、量子 力學(xué)等，這其中有哪些是真正關(guān)鍵的，有哪些是可以省略掉仍能導(dǎo)出與我們世界相類似的結(jié)果？

　　物理學(xué)是否有可能走另一條路，雖然面貌完全不同，但卻能夠解釋所有的實(shí)驗(yàn)？我不知道，但是我覺(jué)得這是個(gè)很有意思的問(wèn)題。從數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)邏輯出發(fā)， 有多少我們認(rèn)為基本的東西是唯一可能的結(jié)論？又有多少可以有其他可能性，而我們不過(guò)是恰恰發(fā)現(xiàn)了其中之一而已？在別的星球上的生物會(huì)不會(huì)有與我們完全不同 的物理定律，而那里的物理學(xué)與我們一樣成功？