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紐約市——在關於弦理論和其他萬物理論候選者(長期以來尋求統一物理學四大基本力的系統)的小組討論中,布賴恩·格林說了一些聽起來有點奇怪的話。“如果你問我,‘我相信弦理論嗎?’”格林是弦理論最著名的倡導者之一,他開始說道。“我今天的回答會和10年前一樣:不。”
格林,哥倫比亞大學物理學家,也是新書《隱藏的現實:平行宇宙和宇宙的深層定律》(克諾夫出版社,2011年)的作者,他解釋說,他只相信那些能夠做出可檢驗預測的想法——而這正是弦理論的不足之處。但格林很快指出,這並不意味著弦理論毫無價值。“我相信弦理論是我們擁有的[統一物理學]的最佳方法之一嗎?”他繼續說道。“我相信。”他指出,在過去十年左右的時間裡,弦理論取得了“巨大的進步”,並且在統一量子力學和引力方面仍然具有潛力,量子力學和引力各自都被很好地理解和嚴格地測試過,但卻無法乾淨地結合在一起。
這次活動是3月7日在紐約市美國自然歷史博物館舉行的艾薩克·阿西莫夫紀念辯論會,這是一年一度的活動,每年涵蓋不同的主題。今年的辯論會主題是萬物理論,內容有些漫無邊際且有點抽象——例如,直到辯論後的問答環節,格林才真正簡要描述了弦理論是什麼。
當一群理論家聚集在舞臺上時,抽象或許是理所當然的。(“我是一名粒子天體物理學家,我不習慣成為小組中的實用主義者,”密歇根大學安娜堡分校的凱瑟琳·弗里斯開玩笑說。)但實驗證據的主題確實多次出現。
例如,空間額外維度,在許多形式的弦理論中都有預測(一種稱為M理論的變體需要10個空間維度,而不是我們熟悉的三個),這可能可以透過大型強子對撞機(LHC)進行訪問,巴納德學院物理學家珍娜·萊文說道。在LHC的前所未有的高能實驗中,一些粒子碰撞的產物可能會消失,消失到那些額外的維度中。
周界理論物理研究所的李·斯莫林指出,某些形式的量子引力預測了某些不對稱性——一種偏振方向可能比另一種更受青睞——這可能會印刻在宇宙微波背景(CMB)中,宇宙微波背景是來自早期宇宙的微弱輻射的回聲。而且,如果該訊號存在,新的歐洲普朗克衛星可能會看到它。“如果它在那裡,它可能會讓我們大吃一驚,”斯莫林說。
格林指出,如果弦理論是正確的,它也可能在 CMB 上留下類似的、可檢測到的印記,儘管這似乎不太可能。“我對這種可能性感到興奮,但我認為這不太可能,”他說。
但與真實世界的複雜性相比,實驗總是有些粗糙。如果,在確定了實驗驗證的萬物理論之後,又出現了一個更好的實驗,給這項工作帶來了麻煩怎麼辦?這是達特茅斯學院的馬塞洛·格雷澤的擔憂。“讓我困擾的是說那就是答案,那就是萬物理論,”格雷澤說。“對我來說,物理學是一項正在進行的工作,一個敘事。你讓你的知識增長,就像一個島嶼,但隨後無知的海岸也會增加。”