扭曲的通道：解开宇宙隐藏维度的奥秘
作者：丽莎·兰道尔
Ecco (哈珀柯林斯出版社), 2005
宇宙景观：弦理论与智能设计的幻觉
作者：伦纳德·萨斯坎德
小布朗公司, 2005
隐藏在镜中：额外维度的神秘魅力，从柏拉图到弦理论及更远
作者：劳伦斯·M·克劳斯
维京出版社, 2005
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理论物理学家这些天在忙些什么？从他们正在推出的普及读物的标题来看，人们可能会原谅自己认为他们正在吃迷幻蘑菇或咀嚼莲叶。《扭曲的通道》、《隐藏在镜中》、《宇宙景观》——听起来像是卡洛斯·卡斯塔内达的三部曲。
那么，理论物理学家应该忙些什么呢？自从所谓的标准模型被敲定以来已经过去了三十年。由于这一非凡的成就，所有已知粒子的行为都可以被极其精确地描述，精确到小数点后第 11 位。标准模型遗漏的唯一力是引力，而引力则由爱因斯坦的广义相对论很好地处理。考虑到标准模型和广义相对论共同解释了我们可能进行的任何可想象的观察，进一步的理论化可以毫无偏见地被视为形而上学——当然，字面意思是“物理学之后”。
不用说，这些书的作者——都是有成就的理论物理学家——并不认同这种描述。他们认为理论是有未来的，而且它可能涉及到对我们认为的现实进行相当奢侈的补充。然而，除此之外，他们的看法并不一致。
哈佛大学的丽莎·兰道尔采取了一种谨慎的“自下而上”的方法：她希望她的理论化牢牢扎根于基本粒子的实际观察。而她最担心的是理论现状中一个相当具体的缺陷：我们无法解释为什么引力与其他自然力相比是如此荒谬地弱。为了解决这个“等级问题”，她和她的合作者拉曼·桑德鲁姆假设存在一个迄今为止未被注意到的空间维度——不是像弦理论中那样的小而卷曲的维度，而是一个大的，可能是无限的维度。正如她在《扭曲的通道》中所解释的那样，我们的 3D 世界可能像浴帘占据浴室一样占据这个 4D 空间。我们世界中的粒子就像在浴帘表面流淌的水滴。只有引力子才能逃离浴帘进入更大的空间，而这种泄漏可能解释了观察到的引力相对于其他力的弱。
斯坦福大学的伦纳德·萨斯坎德非常“自上而下”。事实上，他是弦理论的创始人之一。在弦理论存在的四十年里，它没有产生任何可以检验的新颖预测。追求弦理论的大批物理学家也未能找到数学上独特的版本。目前，存在着一个巨大的“景观”的理论可能性，数量大约是 1 后面跟着 500 个零。每个版本都对应着一个不同的宇宙，它可能被称为自己的局部天气：真空能量、维度数量、基本粒子质量、耦合常数等等。在《宇宙景观》中，萨斯坎德试图将这种看似尴尬的事情变成一种优点。他援引暴胀宇宙学，认为这些理论可能性中的每一种实际上都以“口袋宇宙”的形式涌现出来。所有这些口袋宇宙共同构成了他所谓的“巨宇宙”（其他物理学家更喜欢“多元宇宙”）。萨斯坎德进一步认为，在这巨大的口袋宇宙多样性中，必然会有一个具有恰到好处的真空能量，以允许智能生物的出现。他总结道，难怪我们观察到自己生活在一个如此奇迹般精细调整的宇宙中，毫不掩饰地拥抱了臭名昭著的人择原理。[中断]
凯斯西储大学的劳伦斯·克劳斯承认，他发现兰道尔和萨斯坎德的论点都很有诱惑力。然而，在《隐藏在镜中》的结尾，他对更高维度理论化的杰作调查仍然持怀疑态度——尽管像《X档案》中的福克斯·穆德一样，他“想要相信”。
这些书各有千秋，但一起阅读尤其有益，因为微妙的张力浮现出来，说明了当今理论物理学家面临的困境。以人择原理为例。萨斯坎德几乎为此欢欣鼓舞。“给定一个巨宇宙，无休止地充满了口袋宇宙，”他写道，“人择原理是剔除和消除其中大多数作为我们宇宙候选者的有效工具。”相比之下，兰道尔和克劳斯都觉得人择方法有点令人失望。爱德华·威滕也同意。“如果它不是正确的，我会很高兴，”他评论道。“我很高兴对宇宙有更独特的理解。”
人们很容易同情。假设你想解释为什么可观测的世界有三个空间维度。你可能会从人择的角度来处理这个问题，认为如果存在其他维度数量，我们就不会在这里思考它。在维度超过三个的世界中，电子不会有稳定的轨道——因此没有化学，因此没有基于化学的生命形式，因此没有我们。在二维世界中，信号不会清晰地传播——因此没有信息处理，因此没有智能，因此没有我们。（证明一维世界中不可能存在智能生命留给读者作为练习。）但是，通过退回到这种人择推理，我们可能会过早放弃。事实上，弦理论家已经提出了更基本的解释，说明为什么该理论假设的九个空间维度中只有三个应该扩展到可观察的大尺寸——这些解释没有参考像我们这样的生物可能存在或不存在。相比之下，人择解释显得令人尴尬地轻率，更不用说狭隘了。
即使当前一代理论物理学家能够理清他们自己之间的这些差异，他们仍然必须与那些否认他们的事业有意义的人作斗争。萨斯坎德写道，“今天没有哪个严肃的理论物理学家对两个明显不相容的理论感到满意，”他指的是量子力学和广义相对论。但是弗里曼·戴森，他在几十年前在整理标准模型的数学方面发挥了重要作用，他宣称，就他而言，他对现状感到满意。他指出，广义相对论解释了大的事物，量子力学解释了小的事物，如果两者相遇，那也是在一个物理上无法检测到，因此在经验上无关紧要的尺度上。
戴森提出的可测试性问题显然困扰着所有三位作者。特别是克劳斯写道，除非关于额外维度和巨宇宙景观的理论最终有助于“解决基本的物理问题，否则这一切都只是数学”。但这几乎并不意味着这将是浪费时间。即使威滕的弦理论研究永远不会产生可检验的后果，它们仍然大大推进了被称为纽结理论的纯数学领域——这就是为什么威滕被授予最负盛名的数学奖项菲尔兹奖章。没有人期望数学是可检验的。
尽管如此，理论物理学家方面稍微谦虚一点可能是明智的，尤其是对他们的实验同事而言。“大多数真正优秀的理论物理学家不太关注实验者怎么想，”萨斯坎德写道。“他们根据自己的直觉建立理论，并跟随直觉引导他们前进。”辛勤工作的实验物理学家，就他们而言，众所周知会抱怨他们理论化同行悠闲的生活。实验人员说——也许是开玩笑，据我所知——理论物理学家永远不会在星期三安排会议，因为那会破坏两个周末。