扭曲的通道：解開宇宙隱藏維度的奧秘
作者：麗莎·蘭道爾
Ecco (哈珀柯林斯出版社), 2005
宇宙景觀：弦理論與智慧設計的幻覺
作者：倫納德·薩斯坎德
小布朗公司, 2005
隱藏在鏡中：額外維度的神秘魅力，從柏拉圖到弦理論及更遠
作者：勞倫斯·M·克勞斯
維京出版社, 2005
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理論物理學家這些天在忙些什麼？從他們正在推出的普及讀物的標題來看，人們可能會原諒自己認為他們正在吃迷幻蘑菇或咀嚼蓮葉。《扭曲的通道》、《隱藏在鏡中》、《宇宙景觀》——聽起來像是卡洛斯·卡斯塔內達的三部曲。
那麼，理論物理學家應該忙些什麼呢？自從所謂的標準模型被敲定以來已經過去了三十年。由於這一非凡的成就，所有已知粒子的行為都可以被極其精確地描述，精確到小數點後第 11 位。標準模型遺漏的唯一力是引力，而引力則由愛因斯坦的廣義相對論很好地處理。考慮到標準模型和廣義相對論共同解釋了我們可能進行的任何可想象的觀察，進一步的理論化可以毫無偏見地被視為形而上學——當然，字面意思是“物理學之後”。
不用說，這些書的作者——都是有成就的理論物理學家——並不認同這種描述。他們認為理論是有未來的，而且它可能涉及到對我們認為的現實進行相當奢侈的補充。然而，除此之外，他們的看法並不一致。
哈佛大學的麗莎·蘭道爾採取了一種謹慎的“自下而上”的方法：她希望她的理論化牢牢紮根於基本粒子的實際觀察。而她最擔心的是理論現狀中一個相當具體的缺陷：我們無法解釋為什麼引力與其他自然力相比是如此荒謬地弱。為了解決這個“等級問題”，她和她的合作者拉曼·桑德魯姆假設存在一個迄今為止未被注意到的空間維度——不是像弦理論中那樣的小而捲曲的維度，而是一個大的，可能是無限的維度。正如她在《扭曲的通道》中所解釋的那樣，我們的 3D 世界可能像浴簾佔據浴室一樣佔據這個 4D 空間。我們世界中的粒子就像在浴簾表面流淌的水滴。只有引力子才能逃離浴簾進入更大的空間，而這種洩漏可能解釋了觀察到的引力相對於其他力的弱。
斯坦福大學的倫納德·薩斯坎德非常“自上而下”。事實上，他是弦理論的創始人之一。在弦理論存在的四十年裡，它沒有產生任何可以檢驗的新穎預測。追求弦理論的大批物理學家也未能找到數學上獨特的版本。目前，存在著一個巨大的“景觀”的理論可能性，數量大約是 1 後面跟著 500 個零。每個版本都對應著一個不同的宇宙，它可能被稱為自己的區域性天氣：真空能量、維度數量、基本粒子質量、耦合常數等等。在《宇宙景觀》中，薩斯坎德試圖將這種看似尷尬的事情變成一種優點。他援引暴脹宇宙學，認為這些理論可能性中的每一種實際上都以“口袋宇宙”的形式湧現出來。所有這些口袋宇宙共同構成了他所謂的“巨宇宙”（其他物理學家更喜歡“多元宇宙”）。薩斯坎德進一步認為，在這巨大的口袋宇宙多樣性中，必然會有一個具有恰到好處的真空能量，以允許智慧生物的出現。他總結道，難怪我們觀察到自己生活在一個如此奇蹟般精細調整的宇宙中，毫不掩飾地擁抱了臭名昭著的人擇原理。[中斷]
凱斯西儲大學的勞倫斯·克勞斯承認，他發現蘭道爾和薩斯坎德的論點都很有誘惑力。然而，在《隱藏在鏡中》的結尾，他對更高維度理論化的傑作調查仍然持懷疑態度——儘管像《X檔案》中的福克斯·穆德一樣，他“想要相信”。
這些書各有千秋，但一起閱讀尤其有益，因為微妙的張力浮現出來，說明了當今理論物理學家面臨的困境。以人擇原理為例。薩斯坎德幾乎為此歡欣鼓舞。“給定一個巨宇宙，無休止地充滿了口袋宇宙，”他寫道，“人擇原理是剔除和消除其中大多數作為我們宇宙候選者的有效工具。”相比之下，蘭道爾和克勞斯都覺得人擇方法有點令人失望。愛德華·威滕也同意。“如果它不是正確的，我會很高興，”他評論道。“我很高興對宇宙有更獨特的理解。”
人們很容易同情。假設你想解釋為什麼可觀測的世界有三個空間維度。你可能會從人擇的角度來處理這個問題，認為如果存在其他維度數量，我們就不會在這裡思考它。在維度超過三個的世界中，電子不會有穩定的軌道——因此沒有化學，因此沒有基於化學的生命形式，因此沒有我們。在二維世界中，訊號不會清晰地傳播——因此沒有資訊處理，因此沒有智慧，因此沒有我們。（證明一維世界中不可能存在智慧生命留給讀者作為練習。）但是，透過退回到這種人擇推理，我們可能會過早放棄。事實上，弦理論家已經提出了更基本的解釋，說明為什麼該理論假設的九個空間維度中只有三個應該擴充套件到可觀察的大尺寸——這些解釋沒有參考像我們這樣的生物可能存在或不存在。相比之下，人擇解釋顯得令人尷尬地輕率，更不用說狹隘了。
即使當前一代理論物理學家能夠理清他們自己之間的這些差異，他們仍然必須與那些否認他們的事業有意義的人作鬥爭。薩斯坎德寫道，“今天沒有哪個嚴肅的理論物理學家對兩個明顯不相容的理論感到滿意，”他指的是量子力學和廣義相對論。但是弗里曼·戴森，他在幾十年前在整理標準模型的數學方面發揮了重要作用，他宣稱，就他而言，他對現狀感到滿意。他指出，廣義相對論解釋了大的事物，量子力學解釋了小的事物，如果兩者相遇，那也是在一個物理上無法檢測到，因此在經驗上無關緊要的尺度上。
戴森提出的可測試性問題顯然困擾著所有三位作者。特別是克勞斯寫道，除非關於額外維度和巨宇宙景觀的理論最終有助於“解決基本的物理問題，否則這一切都只是數學”。但這幾乎並不意味著這將是浪費時間。即使威滕的弦理論研究永遠不會產生可檢驗的後果，它們仍然大大推進了被稱為紐結理論的純數學領域——這就是為什麼威滕被授予最負盛名的數學獎項菲爾茲獎章。沒有人期望數學是可檢驗的。
儘管如此，理論物理學家方面稍微謙虛一點可能是明智的，尤其是對他們的實驗同事而言。“大多數真正優秀的理論物理學家不太關注實驗者怎麼想，”薩斯坎德寫道。“他們根據自己的直覺建立理論，並跟隨直覺引導他們前進。”辛勤工作的實驗物理學家，就他們而言，眾所周知會抱怨他們理論化同行悠閒的生活。實驗人員說——也許是開玩笑，據我所知——理論物理學家永遠不會在星期三安排會議，因為那會破壞兩個週末。