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一、物理理论与实验 在道家哲学看来，按老子的“反者道动”律，物理理论与物理实验应当互动。经典的过程是从实验到理论，由理论再到实验，如此发展。 事实上，不管是牛顿理论，爱因斯坦狭义相对论和广义相对论，还是量子理论都是如此: 牛顿的万有引力理论起源于第谷的天文观测、开普勒的经验公式和加利略的力学实验。之后，又指导着天体运行的研究。 狭义相对论有迈克尔逊实验作基础，它的质能公式指导着原子物理。 广义相对论有水星近日点进动、日蚀时太阳光的方向偏差作验证，指导着宇宙学的研究。 一个更好的例子是量子场论的建立。在量子力学建立之后不久，就有人研究量子场论，以狄拉克将辐射量子化及写下电子的相对论方程为开端，以量子电动力学的建立为高潮，再以量子场论重正化群及有效量子场论为终结，其间，理论与实验的互动频繁，科技成果非常之多。 二、弦论的例外 但是，弦论的发展却完全不同，它几十年来一直依靠数学的思辩而发展着。 1、起源于数学：弦论发端于上世纪于六十年代的粒子物理，当时，强相互作用的一连串实验表明，存在无穷多个强子，质量越来越大，自旋越来越高。这些粒子绝大多数是不稳定粒子，所以叫做共振态。当数量极多而理论上可认为无穷多的粒子参与相互作用时，粒子与粒子散射振幅将满足一种奇怪的性质，叫做对偶性。 1968年在美国的意大利青年威尼采亚诺，他原希望得到描述原子核内强作用力的中粒子与粒子散射振幅对偶性的公式，但无意中却发现了数学中的尤拉公式能够满足对偶性，尤拉公式还可展开为无穷个项的级数，可借用它成功代劳，于是十分兴奋。对尤拉公式的新理解，使得该公式后来又称为威尼采亚诺公式。 不久，李奥纳特·苏士侃，将这公式的描述理解为一小段类似橡皮筋那样可扭曲抖动的有弹性的“线段”，而且可以解释为弦与弦的散射振幅。若考虑线段的闭合，则有弦体、或曰圈体，开发出最初的“弦理论”。 2、发展于数学：用弦论的数学来描述强相互作用，实际上并不是太合适。强相互作用的最好的、最有效的理论仍然是场论，弦论未有成功。 十多年后的1982年，美国人史瓦兹和他的合作者法国人舍尔克改变研究方向，将弦论与引力理论靠拢，弦论变成量子论，发展出量子引力理论。日本的米谷明民由此看到了弦论有统一所有相互作用的可能，但统一无丝毫进展，无功而止。 英国人奥立弗和芬兰人曼通宁 在1977 年就猜测在一种特别的场论中可能存在电和磁的对偶对称性。又过了十多年，1994 年印度人森将奥立弗和曼通宁的思想推广到弦论之中，开劈了另一研究方向。美国人塞伯格在研究两维弦论之后，于1994年有效地利用超对称来限制场论中的量子行为，获得许多严格的数学结果。美国人威顿沿塞伯格的思路，系统地研究了弦论中的各种对偶性，也提出一些新的猜测，从而形成将超对称和对偶性结合起来的塞伯格-威顿弦论。但无实验之验证。 3、终结于数学：施特劳明格将塞伯格-威顿的弦论发展为膜论，认为基本粒子也可能是三维膜。英国人胡耳和汤生也曾用各种不同维数的膜来研究对偶性。这样，弦论中所包含的自由度远远不止弦本身，而是维数在逐渐增多而日益复杂化，也无实验之验证。 在九十年代中期，曾出现各种各样的弦论，最后由威顿发展出更加复杂的具有11 度空间的数学理论，将它们囊括，使弦论发展到极致。但遗憾的是这些都是空议论，弦论并没有使基本粒子的问题减少，而是使之愈来愈复杂，实验之验证更加困难，前景无望。 三、疑惑与反思 概言之，弦论之没落，一是弦论未能简化基本粒子理论，反而使之复杂化，基本粒子的维数竟多达11维，这是不可能的。二是这个11维弦论，没有确凿的实验事实能够证明它是正确的，这样的实验大概也不会有。弦论被疑为由极繁复数学演绎出来的莫须有，存在伪科学之嫌，想来并不奇怪。 弦论为什么会这样？这是个难得的典型事例，反思一下有必要，后来者也可借鉴。 由威顿发展出十分复杂的具有11 度空间的弦论，该理论虽然曾将各种各样的弦论于以囊括，给人大功告成的感觉。但是，这极致的弦论再完美也只是虚幻不实的空中楼阁而已。 如果物理模型不能从正确的哲学基础上生长出来，如果数学模型不能与物理实验相结合而发展，在弦论的近四十年生涯眼看就要这样过去之际，有弦外之音在问：弯路还要走多久？代价还要增加到多高？ （转载自张天健_560的博客） (责任编辑：admin) |