管窥深层理论

    在追寻终极物理理论的探索中，从 未有哪个理论像弦论（string theory） 这样让人满怀希望，又如此饱受质疑。 弦论是20 世纪70 年代被首次提出的 一种尝试，目的就是要将自然界中所有 的作用力都统一到同一个理论框架中 去——确切地说，是要把引力并入量子 物理体系。然而到了20 世纪90 年代初， 物理学家发现弦论遇到了一个尴尬的问 题，那就是同时存在5 种不同的弦论。 对于鼓吹弦论是唯一可行万有理论的那 些人来说，这确实相当难堪。到了90 年代中期，研究者开始发觉，这些不同 的理论，以及后来才出现的所谓超引力 论（supergravity），其实都是在描述同 一个现象，这给了他们一些希望，认为 这些理论最终可以统为一体。确实，这 些理论通过物理学家所说的“对偶性” （duality）彼此关联，这种对偶性就像 是在不同概念之间来回变换的某种数学 词典。但很可惜，每种理论只能很好地 描述某一特定条件范围内的现象——比 如说低能现象。没有哪个理论能够描述 宇宙的方方面面。
 

    弦论学家现在相信，这5 种不同的弦论只是对更基本的 一种理论的不同近似，后者被称为M 理论。［似乎没有人知道 这里的M 代表什么，可能是Master（统领），可能是Miracle （奇迹），也可能是Mystery（神秘），或者兼而有之。］尽管人 们还在努力参详M 理论的本质，但看上去长期以来期待的单 一终极理论或许不会出现，要描述宇宙万物，我们必须针对 不同情况选择不同的理论。因此，M 理论不是通常意义上的 单个理论，而是众多理论组成的一个网络。这有点类似于地 图。要将整个地球如实记录在二维平面地图上，人们必须使 用一套地图，其中每一张只覆盖一个有限区域。这些地图会 互有重叠，在这些重叠的区域，不同地图都展示出相同的地貌。 与此类似，M 理论大家族中的不同理论看上去可能千差万别， 但都可以看成是同一个底层理论的某种版本，在适用范围相 互重叠之处，它们都会预言相同的现象，但没有哪个理论能 够涵盖所有情况。
 

    只要我们发展出一个描述世界的模型，并且发现它大获 成功，我们就会说这个理论描述了“现实”，或者说绝对真理。 但就像金鱼那个例子一样，M 理论表明同样的物理场景可以 用不同的模型来描述，每个模型都有一套不同的基本要素和基 本概念。或许，要描述整个宇宙，我们必须在不同情况下使用 不同的理论。每个理论对于“现实”或许都有各自不同的理解， 但根据基于模型的唯实论，“现实”的这种多样性是可以接受的， 不可以说哪一种“现实”比其他“现实”更真实。这不是物理 学家传统意义上期待的大统一理论，跟我们日常对“现实”的 理解也相去甚远。但这或许正是宇宙的本来面目。
 

 本文选自《环球科学》2010年第11期 查看更多