本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
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解释的全部意义在于将你不了解的东西简化为你了解的东西。按照这个标准，用黑洞来解释任何事情并不能让你获得多少。将科学界已知的最神秘物体作为解释听起来像是用一个谜团来解释另一个谜团。然而，这正是物理学家一直在做的事情，以理解高温超导体和核粒子的等离子体。这两种物质状态都与黑洞截然不同。它们不会把你吸入死亡——事实上，引力在其中根本不起作用——而且它们不会分裂物理学的基本基础。它们很难理解，就像地球的气候一样：控制其组成部分的规律是完全清楚的，但组成部分实在太多了。然而，在研究黑洞的过程中，弦理论学家发现了引力系统和非引力系统之间意想不到的平行关系，或“对偶性”。这些对应关系可能纯粹是数学上的，也可能反映了更深层次的物理联系，但无论哪种方式，你都可以利用你对一个领域的知识来解决另一个领域的问题。在《大众科学》一月号中，哈佛大学物理学家苏比尔·萨奇德夫描述了如何运用引力现象的分析来解决关于超导体原本棘手的问题。萨宾·霍森菲尔德在Backreaction博客上最近也谈到了这个话题，尽管她假定人们对矢量场和临界点有一定的理解水平。但是，如果反过来运行对偶性，利用极端材料的实验室测量来探测奇异的引力物理学呢？今年春天在卡弗里理论物理研究所的一次下午茶歇期间，以色列本-古里安大学的弦理论学家拉米·布鲁斯坦告诉我了一种方法。此后，他和南非罗德斯大学的乔伊·梅德韦德写了他们的提案。布鲁克海文国家实验室的核等离子体专家拉朱·维努戈帕兰很喜欢弦理论学家回报他的研究领域的想法。“这些实验可以用来了解引力的各个方面吗？”维努戈帕兰想知道。“那将只是一种现象。”所讨论的实验包括将金或铅原子核碰撞在一起以产生夸克和胶子的等离子体。当布鲁克海文的相对论重离子对撞机（RHIC）在欧洲核子研究中心（CERN）的早期发现之后，首次于2005年创造了这些等离子体时，物理学家们感到困惑。他们曾预测等离子体的行为会像气体一样，因为夸克和胶子在RHIC实现的条件下相互作用很弱。但是，颗粒碎片暴露出的压力梯度是气体无法维持的。等离子体实际上一定是液体。显然，粒子的数量弥补了它们相互作用的固有弱点。理论家们束手无策，无法计算流体的基本参数，例如粘度——粗略地说，就是流体流动的摩擦力。他们能做的最好的事情是基于海森堡不确定性原理的粗略论证。粘度取决于流体组成粒子的能量和连续粒子碰撞之间的平均时间，而不确定性原理将这两个量联系起来，从而暗示了粘度的最小可能值（如此处解释的）。即使是所谓的超流体也无法逃脱海森堡博士的严格限制。气体实际上具有相当大的粘度，因为其粒子之间的间隔比液体中的粒子更远，碰撞频率也更低。（技术说明：我所说的“粘度”实际上是指粘度与密度的比率。）但是，直到华盛顿大学的达姆·索恩和他的同事们应用对偶性，理论家们也无法说出最小值究竟应该是多少。他们将流体的粘度等同于在更高维度空间中从黑洞反弹的引力波——即使对于物理学家来说，这也不是一个容易想到的类比。“那是一个很大的惊喜，”布鲁斯坦说。“从引力中计算流体动力学参数的事实并没有被理解。”答案：1/4π，在适当的单位中。RHIC测量的粘度接近这个值。相比之下，粘度高出约400倍的水就像糖浆一样。令人惊讶的是，对于所有流体，无论它们是由什么制成的，最小值都是相同的。通过对偶性的逻辑，这种普遍性有一个简单的解释：粘度等同于引力现象，根据爱因斯坦的广义相对论，引力对成分细节视而不见。这就是布鲁斯坦希望颠倒过来的推理路线。他讲述的故事是，这一切都始于两年前欧洲下雪的冬天，他在欧洲核子研究中心的一次长期访问。布鲁斯坦在法国托伊里村铲车道时，和他的邻居聊了起来。原来，这位邻居是ALICE实验的技术主管，ALICE实验是欧洲核子研究中心对RHIC的回应。不久之后，布鲁斯坦在一次正式晚宴上碰到了ALICE团队的负责人。显然这是命中注定的。几个月后，布鲁斯坦和ALICE的科学家坐在欧洲核子研究中心的自助餐厅里，在一张餐巾纸上勾勒出了他的想法（见上图）。即使这些想法没有奏效，布鲁斯坦至少在物理学家死前要做的1000件事清单上划掉了两项：（1）餐巾纸草图，以及（2）欧洲核子研究中心自助餐厅，这是一个历史悠久的聚会场所，科学家们在那里提出了诸如万维网之类的想法。布鲁斯坦的洞察力是，粘度不是你可以测量的唯一流体性质。形状是另一个。如果对偶性有效，粘度和形状将以一种方式相关联，从而确定相应的引力理论。“他正在寻找比粘度更具辨别力的新可观测物，”维努戈帕兰说。例如，如果爱因斯坦的广义相对论控制着引力对偶，则最小粘度将等于1/4π，并且等离子体应呈球形对称。核物理学家不会期望一个短暂的翻滚火球具有这种对称性，因此这被认为是一个强有力的重要预测。“这实际上是证明夸克-胶子等离子体具有引力对偶性的一种方法，”布鲁斯坦说。如果爱因斯坦的理论只是更深层次理论的近似值，事情会变得更加有趣，正如弦理论所认为的那样。那么粘度值将不同于1/4π，并且可能不再是物质之间的普遍值；等离子体形状将获得一些角度结构（在技术上称为四极相关函数）。因此，该实验能够探测后爱因斯坦物理学。可以肯定的是，这些测量不会探测支配我们宇宙的引力定律，而只会探测等离子体动力学中隐含的引力定律。也就是说，等离子体的流体行为可以被认为是与某个假想宇宙相关的，在该宇宙中，引力以某种方式起作用。那个宇宙可能也可能不是我们宇宙的模型。然而，这些测量将做的是检验对偶性的普遍概念，该概念目前处于猜想的状态，并验证其作为寻找统一理论的工具的有效性。布鲁斯坦最大的挑战不是物理学本身；而是说服RHIC和ALICE实验人员获取他需要的数据。通常，实验人员只测量不同方向射出的粒子数量，而不是粒子的能量和动量的细节。维努戈帕兰警告说：“尽管我赞赏布鲁斯坦的出发点，如果能够对这些问题进行经验性的确定，那确实很棒，但在达到目标之前，还有大量重要的非平凡问题需要解决。”粒子实验人员现在非常忙碌，并且不乏要寻找的想法。因此，布鲁斯坦可能不得不吃更多的饼干，铲更多的车道才能说服他们。餐巾纸草图由拉米·布鲁斯坦提供