本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
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解釋的全部意義在於將你不瞭解的東西簡化為你瞭解的東西。按照這個標準，用黑洞來解釋任何事情並不能讓你獲得多少。將科學界已知的最神秘物體作為解釋聽起來像是用一個謎團來解釋另一個謎團。然而，這正是物理學家一直在做的事情，以理解高溫超導體和核粒子的等離子體。這兩種物質狀態都與黑洞截然不同。它們不會把你吸入死亡——事實上，引力在其中根本不起作用——而且它們不會分裂物理學的基本基礎。它們很難理解，就像地球的氣候一樣：控制其組成部分的規律是完全清楚的，但組成部分實在太多了。然而，在研究黑洞的過程中，弦理論學家發現了引力系統和非引力系統之間意想不到的平行關係，或“對偶性”。這些對應關係可能純粹是數學上的，也可能反映了更深層次的物理聯絡，但無論哪種方式，你都可以利用你對一個領域的知識來解決另一個領域的問題。在《大眾科學》一月號中，哈佛大學物理學家蘇比爾·薩奇德夫描述瞭如何運用引力現象的分析來解決關於超導體原本棘手的問題。薩賓·霍森菲爾德在Backreaction部落格上最近也談到了這個話題，儘管她假定人們對向量場和臨界點有一定的理解水平。但是，如果反過來執行對偶性，利用極端材料的實驗室測量來探測奇異的引力物理學呢？今年春天在卡弗裡理論物理研究所的一次下午茶歇期間，以色列本-古裡安大學的弦理論學家拉米·布魯斯坦告訴我了一種方法。此後，他和南非羅德斯大學的喬伊·梅德韋德寫了他們的提案。布魯克海文國家實驗室的核等離子體專家拉朱·維努戈帕蘭很喜歡弦理論學家回報他的研究領域的想法。“這些實驗可以用來了解引力的各個方面嗎？”維努戈帕蘭想知道。“那將只是一種現象。”所討論的實驗包括將金或鉛原子核碰撞在一起以產生夸克和膠子的等離子體。當布魯克海文的相對論重離子對撞機（RHIC）在歐洲核子研究中心（CERN）的早期發現之後，首次於2005年創造了這些等離子體時，物理學家們感到困惑。他們曾預測等離子體的行為會像氣體一樣，因為夸克和膠子在RHIC實現的條件下相互作用很弱。但是，顆粒碎片暴露出的壓力梯度是氣體無法維持的。等離子體實際上一定是液體。顯然，粒子的數量彌補了它們相互作用的固有弱點。理論家們束手無策，無法計算流體的基本引數，例如粘度——粗略地說，就是流體流動的摩擦力。他們能做的最好的事情是基於海森堡不確定性原理的粗略論證。粘度取決於流體組成粒子的能量和連續粒子碰撞之間的平均時間，而不確定性原理將這兩個量聯絡起來，從而暗示了粘度的最小可能值（如此處解釋的）。即使是所謂的超流體也無法逃脫海森堡博士的嚴格限制。氣體實際上具有相當大的粘度，因為其粒子之間的間隔比液體中的粒子更遠，碰撞頻率也更低。（技術說明：我所說的“粘度”實際上是指粘度與密度的比率。）但是，直到華盛頓大學的達姆·索恩和他的同事們應用對偶性，理論家們也無法說出最小值究竟應該是多少。他們將流體的粘度等同於在更高維度空間中從黑洞反彈的引力波——即使對於物理學家來說，這也不是一個容易想到的類比。“那是一個很大的驚喜，”布魯斯坦說。“從引力中計算流體動力學引數的事實並沒有被理解。”答案：1/4π，在適當的單位中。RHIC測量的粘度接近這個值。相比之下，粘度高出約400倍的水就像糖漿一樣。令人驚訝的是，對於所有流體，無論它們是由什麼製成的，最小值都是相同的。透過對偶性的邏輯，這種普遍性有一個簡單的解釋：粘度等同於引力現象，根據愛因斯坦的廣義相對論，引力對成分細節視而不見。這就是布魯斯坦希望顛倒過來的推理路線。他講述的故事是，這一切都始於兩年前歐洲下雪的冬天，他在歐洲核子研究中心的一次長期訪問。布魯斯坦在法國託伊裡村剷車道時，和他的鄰居聊了起來。原來，這位鄰居是ALICE實驗的技術主管，ALICE實驗是歐洲核子研究中心對RHIC的回應。不久之後，布魯斯坦在一次正式晚宴上碰到了ALICE團隊的負責人。顯然這是命中註定的。幾個月後，布魯斯坦和ALICE的科學家坐在歐洲核子研究中心的自助餐廳裡，在一張餐巾紙上勾勒出了他的想法（見上圖）。即使這些想法沒有奏效，布魯斯坦至少在物理學家死前要做的1000件事清單上劃掉了兩項：（1）餐巾紙草圖，以及（2）歐洲核子研究中心自助餐廳，這是一個歷史悠久的聚會場所，科學家們在那裡提出了諸如全球資訊網之類的想法。布魯斯坦的洞察力是，粘度不是你可以測量的唯一流體性質。形狀是另一個。如果對偶性有效，粘度和形狀將以一種方式相關聯，從而確定相應的引力理論。“他正在尋找比粘度更具辨別力的新可觀測物，”維努戈帕蘭說。例如，如果愛因斯坦的廣義相對論控制著引力對偶，則最小粘度將等於1/4π，並且等離子體應呈球形對稱。核物理學家不會期望一個短暫的翻滾火球具有這種對稱性，因此這被認為是一個強有力的重要預測。“這實際上是證明夸克-膠子等離子體具有引力對偶性的一種方法，”布魯斯坦說。如果愛因斯坦的理論只是更深層次理論的近似值，事情會變得更加有趣，正如弦理論所認為的那樣。那麼粘度值將不同於1/4π，並且可能不再是物質之間的普遍值；等離子體形狀將獲得一些角度結構（在技術上稱為四極相關函式）。因此，該實驗能夠探測後愛因斯坦物理學。可以肯定的是，這些測量不會探測支配我們宇宙的引力定律，而只會探測等離子體動力學中隱含的引力定律。也就是說，等離子體的流體行為可以被認為是與某個假想宇宙相關的，在該宇宙中，引力以某種方式起作用。那個宇宙可能也可能不是我們宇宙的模型。然而，這些測量將做的是檢驗對偶性的普遍概念，該概念目前處於猜想的狀態，並驗證其作為尋找統一理論的工具的有效性。布魯斯坦最大的挑戰不是物理學本身；而是說服RHIC和ALICE實驗人員獲取他需要的資料。通常，實驗人員只測量不同方向射出的粒子數量，而不是粒子的能量和動量的細節。維努戈帕蘭警告說：“儘管我讚賞布魯斯坦的出發點，如果能夠對這些問題進行經驗性的確定，那確實很棒，但在達到目標之前，還有大量重要的非平凡問題需要解決。”粒子實驗人員現在非常忙碌，並且不乏要尋找的想法。因此，布魯斯坦可能不得不吃更多的餅乾，鏟更多的車道才能說服他們。餐巾紙草圖由拉米·布魯斯坦提供