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纽约市——在关于弦理论和其他万物理论候选者(长期以来寻求统一物理学四大基本力的系统)的小组讨论中,布赖恩·格林说了一些听起来有点奇怪的话。“如果你问我,‘我相信弦理论吗?’”格林是弦理论最著名的倡导者之一,他开始说道。“我今天的回答会和10年前一样:不。”
格林,哥伦比亚大学物理学家,也是新书《隐藏的现实:平行宇宙和宇宙的深层定律》(克诺夫出版社,2011年)的作者,他解释说,他只相信那些能够做出可检验预测的想法——而这正是弦理论的不足之处。但格林很快指出,这并不意味着弦理论毫无价值。“我相信弦理论是我们拥有的[统一物理学]的最佳方法之一吗?”他继续说道。“我相信。”他指出,在过去十年左右的时间里,弦理论取得了“巨大的进步”,并且在统一量子力学和引力方面仍然具有潜力,量子力学和引力各自都被很好地理解和严格地测试过,但却无法干净地结合在一起。
这次活动是3月7日在纽约市美国自然历史博物馆举行的艾萨克·阿西莫夫纪念辩论会,这是一年一度的活动,每年涵盖不同的主题。今年的辩论会主题是万物理论,内容有些漫无边际且有点抽象——例如,直到辩论后的问答环节,格林才真正简要描述了弦理论是什么。
当一群理论家聚集在舞台上时,抽象或许是理所当然的。(“我是一名粒子天体物理学家,我不习惯成为小组中的实用主义者,”密歇根大学安娜堡分校的凯瑟琳·弗里斯开玩笑说。)但实验证据的主题确实多次出现。
例如,空间额外维度,在许多形式的弦理论中都有预测(一种称为M理论的变体需要10个空间维度,而不是我们熟悉的三个),这可能可以通过大型强子对撞机(LHC)进行访问,巴纳德学院物理学家珍娜·莱文说道。在LHC的前所未有的高能实验中,一些粒子碰撞的产物可能会消失,消失到那些额外的维度中。
周界理论物理研究所的李·斯莫林指出,某些形式的量子引力预测了某些不对称性——一种偏振方向可能比另一种更受青睐——这可能会印刻在宇宙微波背景(CMB)中,宇宙微波背景是来自早期宇宙的微弱辐射的回声。而且,如果该信号存在,新的欧洲普朗克卫星可能会看到它。“如果它在那里,它可能会让我们大吃一惊,”斯莫林说。
格林指出,如果弦理论是正确的,它也可能在 CMB 上留下类似的、可检测到的印记,尽管这似乎不太可能。“我对这种可能性感到兴奋,但我认为这不太可能,”他说。
但与真实世界的复杂性相比,实验总是有些粗糙。如果,在确定了实验验证的万物理论之后,又出现了一个更好的实验,给这项工作带来了麻烦怎么办?这是达特茅斯学院的马塞洛·格雷泽的担忧。“让我困扰的是说那就是答案,那就是万物理论,”格雷泽说。“对我来说,物理学是一项正在进行的工作,一个叙事。你让你的知识增长,就像一个岛屿,但随后无知的海岸也会增加。”