十字路口
李淼

(《环球科学》第六期专栏文章,请勿转载)
LHC(大型强子对撞机)的磁铁需要降温到1.9开尔文,按照目前的进度,所有的磁铁的降温将在今年6月中旬完成,随后就是注入粒子束,实验将正式开始。
随着LHC装置临近尾声,粒子物理界甚至宇宙学界在媒体上的声音越来越大。LHC如果不是地球上人类用来探测微观世界的最后一台人造加速器,也几乎是倒数第二台加速器,所以它的任务非常重要。按照官方的说法,以及粒子物理界的共识,这是一台专门用来探测标准粒子模型中最后一个粒子的机器。这个粒子就是赋予各种粒子质量的黑格斯粒子。对于研究超出标准模型的物理学家来说,这台机器被寄予更大的希望。我们不仅想通过这台机器看到标准模型中的最后一个粒子,我们还想看到更多的超出标准模型的粒子。有些理论家也许已经开始了他们的诺贝尔梦,因为在过去的十年或更长的时间内,他们绞尽脑汁构造新的粒子物理模型,这些模型往往非常复杂,自然也含有很多我们没有见过的粒子。对于他们来说,粒子物理正站在十字路口,我们将走向何方,LHC是下一个路标。
作为研究了20年弦论的人,我现在的心态很复杂。老实说,LHC不涉及我的诺贝尔之梦,因为我从来没有介入超出标准模型的粒子物理研究。当然,弦论本身就是最大的一个超出标准模型的物理结构,这个结构试图解释标准模型,试图将标准模型和引力结合起来,试图为我们勾勒出终极之梦:物理学的统一。可是,正如很多批评弦论的人指出的那样,弦论到现在为止并没有给出任何与粒子物理相关的预言。有一派弦论家甚至认为,弦论可能包括很多种不同的选择,而我们的世界只是为数巨大的众多世界中的一个。可能的世界到底有多少?我们没有具体的答案,有人认为这个数目远大于一个谷歌(一个谷歌是10的一百次方),远远多于我们的宇宙中的粒子数。如果情况真的是这样,我觉得我们弦论家处于一个非常尴尬的位置:本来我们的理想是解释这个世界,却弄出很多与我们无关的世界。我们这个世界似乎是随机产生的。
德国大诗人歌德说过,理论是灰色的,而生活之树常青。如果将这句话改成:理论是灰色的,而实验之树常青,就更切合我目前的心情。理论家失败的例子很多,其中不乏很大的失败。例如在19世纪末,很多大理论家包括麦克斯韦研究以太,以求为电磁理论找到一个合适的媒介。事实证明,理论家的想象力是有局限的。现在,弦论“预言”存在很多不同的世界,我们也许不能解释我们这个世界,这个预言的命运很可能不会比以太更好。也许我们还缺乏想象力,也许还有我们意想不到的东西在某个角度对着我们冷笑。那么,我们是依靠我们的想象力是寻找这个东西呢,还是依靠实验?我的当下的感觉是必须依靠实验,而LHC很可能正是这么一个将我们带出理论沼泽的实验。所以,不仅构造粒子模型的理论家们处于十字路口,弦论,这个大家寄予厚望的“终极之梦”,也处于十字路口。
那么,我们期望LHC发现什么,才会对弦论的研究起到引导的作用?如果运气好的话,LHC也许会发现超对称。就我们目前理解的物理逻辑,这似乎预示弦论是正确的。这是因为,如果存在超对称,那么就存在超引力,超引力是爱因斯坦引力的非常富于想象力的推广,在这个理论中,不仅存在引力,伴随引力还存在一种新的粒子。当然,伴随任何粒子,都存在一种新的粒子。但是,超引力自身似乎不是一个自洽的理论,将超引力推广成一个自洽的理论,我们需要弦论。
最近,弦论研究的一个重要人物威滕在一个暗能量会议上做了一个演讲,他的演讲的主要内容涉及到弦论中的为数众多的世界。我对威滕的演讲很感兴趣,因为作为弦论界中举足轻重的人,他的态度历来谨慎。在多世界这个话题上,他尤其谨慎,很少开口评论。这个演讲似乎是他的第一次公开谈论弦论中的多世界。他在这个演讲中似乎模糊地支持多世界的看法,同时他承认,这也是一个坏消息,因为在理论上,我们这个世界就像一堆干草中的针,本身没有任何特点和含义。最后他的观点和我的一样,希望LHC能够帮助我们走出困境。
多世界理论在前一段时间的甚嚣尘上与暗能量有关,因为这个理论的逻辑是,如果存在很多不同的世界,那么在不同的世界中暗能量可以不同,这样我们就不需要解释为什么我们这个世界中存在暗能量,且暗能量正好这么大。可是,既然暗能量的大小是随机的,那么其他物理学常数也是随机的,我们能够指望目前我们世界中的暗能量与其他物理学常数如电子电荷有关吗?我个人的观点是如果多世界理论是正确的,那么所有物理学常数几乎都是随机的。在威滕的听众中,的确有一个人问他这个问题,威滕的回答和他的一贯谨慎的态度一致:我希望LHC能够帮助我们,但是我并没有倾向多世界理论是正确的还是不正确的,我不知道真正的答案是什么。
LHC这样的大型物理实验的确与我们的日常生活没有什么关系,也不会在可以看到的将来为我们带来任何实际的好处。但是,它的成功与否很可能与一个最为深刻的问题有关,我们的世界是唯一的,还是,我们的世界只是汪洋中的一条船?这个问题在一个缺乏宗教精神的中国会被大多数人嗤之以鼻,在西方,却是一个终极问题。
『注』 本文来自 博客李淼, 原文链接 http://limiao.net/790, 发表于 2008年5月25日 16:23:17。有 122 条评论。
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