爱因斯坦的理性主义及其对弦论的影响（1）
这个题目比较正式，因为我打算将这个系列连贯成一篇文章以应《科学文化评论》的约稿。
说到爱因斯坦和弦论的关系，人们会立刻想到统一理论。爱因斯坦的半生精力花费在追求统一理论中，他的第一篇统一场论的文章完成于1922年1月份，在时间上早于量子力学的建立，也早于玻色－爱因斯坦统计的发现。第一个试图统一引力和电磁力的理论是外尔作出的，外尔在广义协变性之外引入了共形不变性，从而将电磁势和时空度规联络结合起来，这个理论很快为爱因斯坦本人否定，但外尔成了引进规范不变性的第一人。外尔的理论出现在1918年，在广义相对论建立后不久。卡鲁查受到外尔的启发第一次将4维时空推广到高维，高维时空的对称性在4维时空看来就成了规范不变性。卡鲁查的理论同样早于爱因斯坦本人的第一个理论，发表于1921年。外尔和卡鲁查的理论都失败了，但理论的核心思想一直留存到今天，在弦论中得到了体现。爱因斯坦从1922年起直到去世前一天，都在研究统一场论，一般人已经无法统计他尝试了多少种理论，许多人认为他后半生的不懈努力是一个悲剧。
要说明一下，爱因斯坦在他的第一篇统一场论的文章中没有提出新的统一场论。他和合作者试图在卡鲁查理论的没有源的纯粹场方程中找到没有奇性的点粒子解，这样的解用今天的术语说就是孤子解。爱因斯坦的尝试是想完全统一引力和电磁力，包括电子。所以，爱因斯坦的这个尝试早于弦论中将弦和膜看成孤子解许多年。当然，他和他的合作者失败了，没有找到他们想要的电子解。
将爱因斯坦的不成功的努力看成悲剧显然是非常片面的，这种看法源于一种误解，以为爱因斯坦的后半生完全脱离了物理学的主流，完全为追求简单的数学结构所误导。爱因斯坦本人的出发点是物理的，也许在他的心目中，一个成功的统一场论将会象他的广义相对论一样，在新的理论取代旧的理论的时候，新的理论同时预言了新的物理现象。可以说，广义相对论的出现是为了解决新的相对性原理与牛顿引力理论的矛盾，而光线弯曲这样经典的新物理是很难简单地由两个旧的理论直接看出的。事实证明，即使是新的原理－等效原理，也只能解释光线弯曲的一半，另一半则由空间弯曲给出。类似地，爱因斯坦想，新的统一理论会给出一些出人意料之外的预言。从另一方面看，爱因斯坦的努力也没有脱离物理影响。在1922年，他还完成了多普勒现象在量子论中的体现的论文；1923年，他完成了一生中最后一篇实验物理文章，关于毛细管。
然而爱因斯坦的毕生信念的确是简单而优美的统一，世界上所有的物理现象都根源于一个简单的物理原理，或者一个简单的形式理论。这个信念在一段Gross经常引用的话中发挥到极致：
“自然界是由一些被强制性决定的定律所制定，在这些定律约束下，所有可能出现的常数都被固定了，一旦改变这些常数，整个理论就会被破坏。”
（原文: Nature is constituted so that it is possible to lay down such strong determined laws that within these laws only rationally completely determined constants occur, not constant therefore that could be changed without completely destroying the theory。 如果这段英文不是爱因斯坦自己说的，也应该很近似他的德文原话，因为这段话的意思很难用另一种方式更加优美地表达出来。）
这段话代表了典型的极端还原论者的看法，而Gross是弦论界中的一个极端还原论者。我本人虽然不是一个极端还原论者，但日常研究的过程是受着这样的极端信念推动的，这就规定了我的研究内容，那就是和大部分弦论者的研究内容一样，尽量避免以纯粹唯象作为出发点。可是我到底不是一个极端还原论者，所以近几年的一些工作中，包括全息暗能量，有一些唯象的参数出现。而根据Gross，象弦论这样的理论中应该没有可调常数，没有任意性。这种极端观点可能会对健康地发展弦论带来危害。
对以上信念的全面反动是最近被讨论得最多的弦景观（string landscape）和人择原理，相信弦景观的一派弦论学者以为，没有原理会对一些物理学常数作出任何约束，相反，很多物理学常数，甚至相互作用形式，都是任意的，是类似今天的温度这样受着环境决定的参数。我们这个世界中的物理学常数之所以取今天的值，是偶然的，有些与观测者出现有关。毫无疑问，如果爱因斯坦活在今天，一定会说，如果自然界真是这样的，我宁愿做一个管子工，而不来研究物理。
2006年3月10日 5:22:37
arkani:那为什么自旋为1的有三种，而自旋为2的只有一种呢？即使没有高自旋的传播子，那么自旋相同的传播子种类又怎么确定呢？您说到“我们4维的时空最多只能容得下自旋为2的传播子”我不是很懂，能说的清楚些吗？时空维数和自旋有什么样的关系呢？
2006年3月10日 5:38:58
Y:
我假想爱因斯坦说那句话的原因是他在得知玻尔要放弃单过程的能量守恒时说了类似的话。
桑葚：管子工对当时的爱因斯坦来说的确是一个脚踏实地的工作，如果自然界没有规律，管子工是最好的职业选择了。
2006年3月10日 6:11:59
FengCJ:自旋最高为2是通过spinor和时空维数的关系来的。至于为什么自旋为1的有三种，而自旋为2的只有一种这还真不知道，这么说还真有可能有
第2种第3种第4种…自旋为2的相互作用。
2006年3月10日 6:54:13
自旋为2的相互作用多年前已经被证明只有一种，那就是爱因斯坦理论。我忘记了谁第一个证明了这个定理，不会晚于1969年，因为Deser的证明是那一年出现的，他的文章被重新贴了出来：
http://arxiv.org/abs/gr-qc/0411023
2006年3月10日 7:15:52
那也就可能不会有新的相互作用了，也就是第五种力？
2006年3月10日 7:24:00
新的相互作用理论上是可能的，但不会是自旋为2的粒子引起的，过去说的第五种力是标量粒子引起的。对于规范理论，可能存在其他自旋为1的粒子，对应于其他规范群。
2006年3月10日 11:08:45
“毫无疑问，如果爱因斯坦活在今天，一定会说，如果自然界真是这样的，我宁愿做一个管子工，而不来研究物理。”
这钟想法简单，鲜活，没有负担。没什么不对，但要看你同不同意这样想。
做物理本身不是为了满足自己的信仰或价值追求，但抱这样的想法也无妨。
A有想法a，B有想法b，A追a，B追b；C说a、b是我们无法追到的。
即使C对了，C也没意思，何况－？
还不如挑做A或B，有信仰好啊，未被推翻以前自己觉得合理就好了，呵呵！
2006年3月10日 20:28:47
astrings：
“做物理本身不是为了满足自己的信仰或价值追求，但抱这样的想法也无妨。”
这是物理职业化后的情况吧，爱因斯坦时代的人做物理还真不是为了混口饭吃。现在做物理的大多数人除了为了吃饭，再就是学而优则仕了，起码在中国是这样。
2006年3月10日 20:37:16
hoho，做实验物理的，常常就是管子工，钳工，电工 ……
=============
heihei，要是Fermi、吴健雄、丁肇中、Rubia都这么搞的话。。。。。。。
说实在话，Einstein真作管道工，未必会成优秀工作，在中国连劳动模范都别想，他设计过一款飞机，差点把飞行员害死，那飞机一升空就像怀孕的鸭子一样，机腹直接往下坠。。。。。
好象美国管道协会给他一个荣誉会员的称号，而他欣然领受了，不知道这个八卦真不真。。。
2006年3月13日 6:52:25
“这是物理职业化后的情况吧，爱因斯坦时代的人做物理还真不是为了混口饭吃。现在做物理的大多数人除了为了吃饭，再就是学而优则仕了，起码在中国是这样。”
学而优则仕,来形容国内大部分的理论研究确实非常贴切，这种态度确实有点让人哭笑不得。这种气候消磨和扼杀了年轻人宝贵的创造欲望。我们学校的一个据说理论做的最好的年龄不是很大的老师竟然开了电动、量力、群论、广义、粒子还有什么等6门课，好象奔命似的给本科、研究生上课。其实我很敬重这位老师的学识、治学态度和对学生的教导。但觉得距离一个我心中的理论物理研究者差距太远了，也许是生活所迫？
其实我说的“做物理本身不是为了满足自己的信仰和价值追求”是将个人做物理的过程放在人类不断追求真理的长河中来讨论他的意义。李老师可能误会了。
但是每个人有了自己的信仰后，就会有更大的激情，一种简单而有效的欲望。无论自己的方向对了还是错了，最后的结果对进程都是有意义的，因而是值得认可的，所以个有个的想法，自由一点好。
所以有时候为了满足自己的信仰而做就可看成是最高的境界了，所以对Einstein做管子工的想法不必求全责备了，体谅一下他的信仰破灭了是多么痛苦啊！！
2006年3月13日 7:06:20
atrings：
名字中怎么少了个s
我的确误会你了，你的信仰的含义比我的信仰的含义要高得多
你不会是复旦的吧？如果是，我就能理解你们老师的压力了，那的确为生活所迫。
2006年3月15日 11:59:56
我们学校的一个据说理论做的最好的年龄不是很大的老师竟然开了电动、量力、群论、广义、粒子还有什么等6门课，好象奔命似的给本科、研究生上课。
==============================================
年纪大了要是还开这么多门课玩命上，估计要家属做好心理准备。。。。
2006年3月20日 5:55:27
哈，李老师准备写一些物理学史和科学哲学的文章？我也斗胆指出几点了：1、关于卡的理论，至少在1919年卡自己就将理论告诉了爱因斯坦，而爱因斯坦在对它思考将近两年后才介绍给普鲁士科学院，没人知道为什么会拖延那么久。（引自Ｐais的书）2、爱因斯坦在1925年以后的重要论文似乎还可以加上EPR佯谬；3、关于爱因斯坦的信念本人最喜欢的是Ｒaffiniert ist der Herrgott aber boshaft ist er nicht(上帝难以捉摸，但他并不邪恶）（引自Pais的书）这深刻的表明了他对世界是可以理解，以及世界本质规律美的信念。4、“毫无疑问，如果爱因斯坦活在今天，一定会说，如果自然界真是这样的，我宁愿做一个管子工，而不来研究物理。”在我看来，爱因斯坦是不会这么说的，原因在于他对自然规律可以被理性而深刻的认识充满信心，当年有人曾问他如果观测结果证明广义相对论是错误他会如何，他的回答是：“那么我将为亲爱的上帝感到遗憾，因为理论是正确的”，而且事实是他很可能在玻尔他们之前就明白了观测——也就是人在量子理论中的作用——最明显的是他1916年关于Ａ、Ｂ系数的论文，但他宁愿坚守传统的信念，所以以他这样一个人而言，如果非要借助人择原理，他很可能说的是“如果上帝在创世之前询问我的意见，我会劝他把人从宇宙中赶出去”，而不是消极的说不当物理学家。而且这句话更像是Schordinger说的一句回应哥本哈根解释的话的翻版，而我认为他的理念比爱因斯坦更加消极和有神秘主义倾向，不适合作为爱因斯坦的描述。就管子工这句话本身而言，那是1954年爱因斯坦对麦卡锡分子迫害知识分子极端不满，接受记者采访时说的，（《爱因斯坦文集》第三卷）恐亦不适合用于此处。
另：shanqin-wang兄引的大概是“如果我们想要预见数学的将来，适当的途径是研究这门学科的历史和现状”吧？如果是兄把Henri Poincare（最后那个e上面有个符号，是法语)的名字拼错了^_^
2006年3月20日 6:04:12
长歌－废墟：
谢谢你的批评，将来在成文的时候，一定考虑你的建议。
2006年5月18日 11:58:56
[…] 10 Mar 2006 统一之梦 Posted by 月之弦 under 悟物穷理 刚才看到老板Blog上的一篇文章《爱因斯坦的理性主义及其对弦论的影响》，写了点感想。（老板文章的名字起得真cool啊，不过我写的自然是很肤浅幼稚的喽。） […]
2006年12月18日 10:54:04
我想LHC明年的运行可能会使很多做统一场的学者（特别是弦论）大吃一惊！其实我对弦论的第一个印象就是参数太多，这可以说是一个绝对唯像的理论。在一些工作者看来超对称似乎是一种很美的对称，不过在数学中进行寻找，类似的对称性还会有很多，弦尽管联合了超对称，然后被物理工作者叫做一种完美的对称性。不过这么多的未知参数的存在难道一点也不让他们担忧！
其实到现在，物理学家们一直都没有跳出爱因斯坦的阴影；总是将几何对称性看作物理学默认的最高法则。或许对称性是20世纪的主流，但21世纪呢？或许超弦只是爱因斯坦时代的最后一点遗物。
以上只是个人的很片面的看法。我个人只是觉得真理的形式总是很简单的。
2008年3月18日 12:57:59
怎么觉得研究物理的很多悲情在里面，怪不得李老师很称道海子的玄妙想象和悲凉感。。。这个他应该再向屈原看看，描述的宇宙世界多么华美人类多高尚。想象着都很开心哦
问下李老师，我在好多地方看到你们提LHC，是什么啊，我是太无知了还喜欢说话
2010年2月21日 21:09:35
这是物理职业化后的情况吧，爱因斯坦时代的人做物理还真不是为了混口饭吃。现在做物理的大多数人除了为了吃饭，再就是学而优则仕了，起码在中国是这样。
l李老师如是说，道出了国内的学术氛围！此境界使我对您的思想有所理解，至少您是不一样的吃皇粮的学者！这几天我也在瞎琢磨国内的教育存在的问题—
国内父母对子女的教育处于以身传教的状态，像系着绳子的风筝；学生教育处在以师身教，爬格子应试教育状态；而从社会所吸收的知识则是受现实主义熏陶（可能就是李老师所言的学而优则仕吧）—
2010年2月21日 21:40:30
你們把物理看得好嚴肅啊 !
我對理論物理的看法比較輕鬆, 不過就是 “湊答案” 跟 “表達個人的信念” 罷了, 不必這麼悲情吧 ! 猜對了, 就高興一陣子; 猜不對, 繼續猜就好了. 這就像玩拼圖遊戲, 或是 debug 你的程序一樣, 沒什麼大不了的.
學學費曼, 記得 “物理應該是好玩的”. 對我而言, 所有的理論都只是暫時的 Model 或近似, 遲早要被取代, 不然這個可憐的宇宙就太無趣了 !
我覺得愛因斯坦的晚年是一個喜劇. 有誰像愛因斯坦那麼幸運, 每天在一個那麼棒的養老院裡嘗試著 “創造宇宙” 的遊戲 ?
2010年2月21日 22:35:16
不過, 玩這個遊戲所要具備的 “基本技術” 並不好學, 需要花很多年時間琢磨. 此外, “湊答案” 的過程通常十分曲折, 除了 “走走停停”, 還往往要經歷多次的自我否定.