一些事物的理论
（《新发现》专栏，勿转）
25年前，有人证明原则上可以将粒子理论嵌入超弦理论，超弦理论成为统一量子引力和包括电磁理论在内的其他相互作用的理论，在过去25年间一直是主流理论。25年前，许多人将弦论称为一切事物的理论（TOE=theory of everything）。但是，人们很快发现，将粒子物理理论嵌入弦论的方式有很多种，如果我们不能决定是哪一种，超弦理论就不能说对自然界有预言。25年间，人们一直在寻找弦论中的可以决定自然界选择哪种嵌入的“第一原理”，在这个过程中发现了一些弦论的重要性质，但仍然没有能够找到那个第一原理。
到了03年，一些人证明了弦论其实没有办法通过动力学来选择一个嵌入，相反，他们发现了所谓弦景观（String landscape），在这个巨大的景观中，存在很多很多可能的世界，而我们的世界只能是其中的一种可能。这还不是最坏的结果，更坏的结果是，弦景观中可能存在很多非常接近我们世界的其他世界，通过实验，我们很难区分这些世界。可以说，弦景观的发现，使得弦论界分裂成两个大阵营，其中一个阵营中的人认为我们不能从理论上决定哪一个对应于我们的世界，而需要依赖人择原理，例如暗能量为什么这么小，完全是偶然的。另一个阵营中的人认为要么弦景观不可信，要么就是存在我们还没有发现的原理帮助我们选择我们的世界在弦景观中所处的位置。
前些天哈佛大学的教授Strominger在理论物理所做了公众报告，他表示的观点不属于以上任何一个阵营。他认为，弦景观是存在的，我们无法做任何预言，但人择原理也是不可靠的。他说，弦论不再是一切事物的理论，但也不像有些反对弦论的人认为的那样，弦论不是任何事物的理论（theory of nothing），他觉得，弦论是一些事物的理论。
在解释Strominger为什么认为弦论是一些事物的理论之前，我们看一下Strominger给弦论的每个方面所打的分。他给出一个弦论成绩报告单，打分的标准是美国的标准，最高分是A，最低分是F。A分相当于优秀，F相当于彻底失败，中间的分是B、C、D，B是良好，C是及格，D是不及格。
问题： 成绩：
弦论没有被实验排除 A
有确定的预言 F
LHC上可能的信号 D
解决黑洞谜题 B
数学应用 A
其他物理领域的应用 B
统一理论 A
理论的唯一性 D
解决暗能量问题 F
理解宇宙的起源 D
解决可重正化问题 A
我们看到，弦论在四个问题上得到了高分A，这应该是没有异议的。有些人可能会质疑弦论是否在解决量子引力紫外灾难（即可重正化）上面得到A，因为还不存在一个完整的证明。弦论在另外两个问题上得到了不错的分数B，即解决黑洞问题和在其他物理领域的应用。前者是Strominger做了很大贡献的领域，而后者就和Strominger的观点即弦论是一些事物的理论有关了。既然弦论在数学应用和物理应用上得到很好的成绩，是应该采取这种观点的时候了。
那么，弦论到底在哪些其他物理领域有应用呢？我们可以将这些应用分为两类，一类是未解决的但已经存在的问题，一类是提出迄今还没有实验支持的新问题。第一类问题包括：量子色动力学特别是夸克-胶子等离子体性质的研究，粒子物理中的一些量如散射的计算，凝聚态问题如高温超导、量子流体、带有杂质的临界现象、量子霍尔效应、非线性流体等。弦论在夸克-胶子等离子体的应用上取得的成绩最大，例如可以计算加速器上产生的这种等离子体的一些粘性性质，夸克如何穿过这种等离子体。在凝聚态物理问题这个大方向上的研究才刚刚起步，但势头看起来是好的。
那么，弦论是如何帮助解决这些问题的呢？这就回到黑洞问题。黑洞问题的研究使得人们发现所谓的全息原理，即黑洞这类很难研究的问题和我们熟悉的传统的方法有关（量子场论），这就是所谓对偶：黑洞等价于（对偶）一张“全息照片”，这张全息照片就是量子场论。这样我们就有了两个等价的问题，一个是黑洞问题，一个是量子场论问题。有时候，黑洞问题容易回答，我们可以将得到的答案用到另一个问题上。有时候，量子场论问题容易回答，这样我们倒过来将这里得到的答案用到黑洞上。当然，很多时候，两个问题都很难。在这种情况下，我们只能等待其中任何一个问题的研究进展。
类似粒子物理，凝聚态物理中有很多问题可以归结为量子场论问题，这样就不难理解为什么我们可以用全息原理来研究这些凝聚态物理问题了，虽然表面上看起来这两类问题完全不同。这里我们必须注意到，问题涉及到的黑洞既不是我们这个世界中的天文学上的黑洞，也不是可能在加速器上产生的小黑洞，这些黑洞只是理论中存在的黑洞，其中万有引力常数完全不是我们这个世界的万有引力常数，甚至时空维度也不是四维的。
Strominger提出一句口号：在上个世纪，我们将所有问题变成简谐振子问题（类似弹簧问题），因为这个问题很简单。而在本世纪，我们应该将所有解决不了的问题变成黑洞问题。这句口号很有意思，有一定道理，但不能太当真。
Strominger的report card
2009年4月11日 13:34:30
忽然由这篇博客联想起前些年我第一次受到很大的挫折的时候，心情很沮丧，感觉自己在世界上什么都做不了。后来慢慢调试过来，发现，自己当然不是无所不能，这显然是事实，但是只要做，就仍然可以做很多事情。有了这样的定位，才渐渐的缓过来：）
2009年4月11日 13:39:08
歪鸟：
过高和过低的定位都不好。对待弦论的观点就是这两种，现在有了第三种。
2009年4月12日 2:50:58
Theory of Everything, Theory of Nothing and Theory of Something
对待弦论的第一种提法过分了，被暗能量（或宇宙常数）的发现当头一棒（见Strominger 的第八条），之后就没人再提了。第二种提法也过于偏激，全盘否定。Strominger 的第一条就是驳斥这种观点的。对待弦论的观点，经过一番争论，只有最后一种提法总算是终于回归正常了。人类任何时候提出的任何正确的理论，都只能是相对真理，包含绝对真理的成分，但不可能穷尽绝对真理。
2009年4月12日 5:05:51
理论的唯一性
什麽是理论的唯一性？ 所谓唯一性有两个方面：规律（或方程）的唯一性，规律的实现（或方程的解）的唯一性。已知所有成功的物理学基础理论，都有前一种唯一性 （基本方程是唯一的），没有后一种唯一性 （方程的解可以千变万化、千奇百怪）。这是因为确定方程的解需要知道边界条件和初始条件，而这些条件可以千变万化，导致种种不同的千奇百怪的现象，难以仅由规律（或方程）限定。（当然对一个成功的基础理论，其规律（或方程）的唯一性，通常也要许多年后才能真正认识清楚。）总之，方程应是唯一的，而解可以是多样的。理论的唯一性，本应指方程的唯一性，而非指解的唯一性。
可是在弦论的讨论中，似乎没有区分这两种唯一性。现有对弦论唯一性的讨论，不是指其基本方程的唯一性（弦论学家大都不怀疑这一点），而都是要求解的唯一性。即不需要知道边界条件和初始条件，通过寻找一个关于解的选择原理, 就可以唯一确定其方程的解，也就是我们的宇宙的参数。弦论没有做到这一点，我也不相信能够做到。这种对解的选择原理的信仰，是当年把弦论当作是终极理论或 Theory of Everything 导致的一种幻像。弦景观（String Landscape) 的发现，已经破除了对这种幻像的信仰。弦景观的发现, 无非是告诉我们，在弦论中虽然基本方程是唯一的，解可是有效地（effectively）无穷多的。几乎无可避免的推论，就是可能存在多宇宙（Multiverse）。
一言以蔽之，对一个好的物理学基础理论的要求，本来就应该是：基本方程是唯一的，而其解是多样的。对弦论的唯一性的讨论，过去走了弯路。弦景观的发现, 驱散迷雾让我们看清了真相。讲解的唯一性，我同意Strominger的第九条，但不认为是弦论的缺点或不足。讲理论的唯一性即方程的唯一性，应给弦论A或B。多宇宙可能存在的观点，多少年后会认为是弦论带来的宇宙学观念上的革命。
2009年4月12日 5:14:31
好久没冒泡了。借机发挥一下，望各位指教。
2009年4月12日 9:27:32
随感好, 预言存在多宇宙没有问题, 问题是一般人关心的是我们这个特定宇宙的解是否确定, 如何确定. (使用人择原理?)
2009年4月12日 9:45:02
李老师，我愚蠢的想，您的宇宙的非对易暴涨是否是比光速大的传播子的两点关联函数对偶的弦态的吸收面积为负，此时弦象气态向外膨胀。
2009年4月12日 10:15:32
随感：
你的观点很有启发。经过你这么一说，我觉得多宇宙还是可能的。
杨波：
无法对你的想法做评价。
2009年4月12日 11:26:36
李老师，谢谢您的指点，我只是一个非常爱好物理学，加之天份太低。所以有时候会有一些无知的想法。希望您不要见怪。
2009年4月12日 11:54:07
我一直认为，我们之所以处于如此尴尬的境界，是因为我们的数理逻辑出了问题，人类必须首先建立永恒的世界观，在一场数学革命的基础上建立统一的物质形成理论．
2009年4月12日 12:15:56
李老师，最近在新语丝上被人bs了，貌似关公被低手鄙视了刀法，李老师有何感想呢？继续无视＋无语中，难道他们不理解GR之所以伟大在于人类心智的荣耀！
2009年4月12日 13:04:36
楼上是皇帝不急太监急了，呵呵
2009年4月12日 13:54:39
韦典拿：
大家有文章看多好。
2009年4月12日 14:35:53
abada 好， 你的问题问得好。
人择原理是大实话，但不宜叫原理，因为内涵不够深刻，只是没有办法时的办法。取法乎上，我们的目标还是应该比人择原理高，即追求超越人择原理的理论。既然相信世界是有规律的，而且规律是可知的，那我们这个特定宇宙的解应该是确定的、可知的。 问题是如何确定。一个可能的途径是，在接受弦景观和多宇宙图像的基础上探索如何确定我们这个特定宇宙的解。即使在这一途径中，也可能有不同的做法：一种可能是引入弦景观上的统计理论；另一种可能是引入弦景观上的“宇宙”波函数。然后讨论统计分布或波函数为什麽会集中在我们这个特定宇宙及其附近。（呵呵18楼的想法, 精神上和后一种想法接近。）无论如何，这都需要对我们这个特定的宇宙在弦景观上的周围环境有更多的了解；也许还要了解更多的历史。泛泛而谈，只能止于此了。
2009年4月12日 16:16:15
随感 :
不過弦論還不能推導出宇宙波函數，
問題在於theory of something 中
包不包含非微擾的量子引力 以及如何研究
2009年4月12日 17:26:04
嘿嘿，，，
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李淼
2009年4月12日 13:54:39
韦典拿：
大家有文章看多好。
2009年4月13日 20:01:43
嗯 能麻烦科普下圈量子引力论么？
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%BF%B4%E5%9C%88%E9%87%8F%E5%AD%90%E9%87%8D%E5%8A%9B
就这个
虽然是个文科生一直对这些有兴趣 但是WIKI上的 我实在看不明白………
在生活大爆炸里看着的
2009年4月13日 21:41:27
‘全息对偶原理’貌似爱同学百年前‘局域等效原理’，也就是说对偶双方有着某种共性，找出这种共性及产生这种共性的原因，那么就会发现《相对力学与量子力学》不过是同一事物的两种人为解释——这两解释包括M理论等只抓住了事物的表象——所以大家都不满意。希望李同学尽可能贴该领域最新的有价值的实验数据或经验公式信息，谢谢。
2009年4月13日 21:47:33
椰子啊椰子：
我不是专家，不能科普。
宇宙方程：
那方面实验数据？
2009年4月14日 7:59:28
李老师真是学者，支持李老师的工作