玩酷网

纯数学上“无懈可击”—弦理论,足以拿下菲尔兹奖,却错位了时空

弦理论,确实存在,而且存在得无比精确。它是一套严密到能拿下菲尔兹奖的数学结构,逻辑自洽,框架完整,在纯数学的意义上无懈可

弦理论,确实存在,而且存在得无比精确。它是一套严密到能拿下菲尔兹奖的数学结构,逻辑自洽,框架完整,在纯数学的意义上无懈可击。

但,它不是我们生活的这个世界。没有任何一个已知的、精确定义的弦理论版本能够落地在我们所处的时空背景中。

弦理论最大的成就,是提供了一个“存在性证明”:量子力学和广义相对论确实可以兼容。

过去几十年,物理学家们担心量子力学和引力是死敌。弦理论用无可辩驳的数学结构告诉世界,它们可以和平共处。

黑洞,量子力学,不可调和?霍金一度坚持如此。但今天,我们可以确定,黑洞服从量子力学。这一点,靠的是弦理论里严格的超对称版本。

但是,问题也出在这里。弦理论的数学之美,严重依赖一些极端特殊的条件,最典型的是超对称。超对称让方程可解,让推导清晰,让理论变得优雅。

但现实世界根本没有超对称。任何试图打破超对称、向更接近真实宇宙迈进的努力,到目前为止,全都失败了。

不是尝试过,没有。老一辈理论物理学家,都曾试图自发打破超对称,结果无一例外,走入死胡同。不是他们不够聪明,是理论本身在目前的形态下,无法被扩展到没有超对称的世界。

如果今天你发邮件给全球所有的理论物理学家,问,有没有人在真正攻关非超对称版弦理论?答案是:极少数,主要集中在年龄偏大的学者中。

年轻人几乎没人做这件事。

弦理论是一座宏伟建筑,但至今仍在错误的地址上。它可以描述类比电子、光子、甚至夸克的粒子。它可以组装出像样的宇宙雏形。但无论如何调整细节,只要超对称的枷锁还在,它永远不是真实世界的等身复制品。

更棘手的是,即使在现有的超对称框架内,弦理论也存在很多种变体,彼此之间差异巨大,谁都不敢拍胸脯说,自己的版本才是真正指向现实的那一个。

这不是失败。

弦理论已经完成了一个巨大的突破——在严谨数学框架中,量子力学与引力可以共存。

在此之前,这几乎是物理学界的禁区。没有弦理论,就没有今天对黑洞信息悖论的新理解。

没有弦理论,可能也没有AdS/CFT这样的里程碑式工具,它不仅深刻影响了理论物理,还间接启发了凝聚态物理、数学乃至计算机科学的新方向。

但即使如此,弦理论离完成自己的使命——解释真实世界——还差得远。今天的弦理论,更像是一个被局限在理想条件下的模型。它的美妙,建立在对现实特征的严重抽离之上。

要让弦理论真正描述我们的宇宙,必须去掉那些人为加上的超对称、额外维度等特殊结构。

可是,没人知道怎么做。曾经有希望靠所谓的超对称自发破缺(Spontaneous SUSY Breaking)来解决。失败了。理论上无法闭合,计算上陷入泥潭,经验上没有迹象支持。

从某种角度,它的命运和标准模型类似。标准模型描述得了粒子物理现象,却解释不了暗物质、暗能量、引力。弦理论提供了理论可能性,却无法自然接轨可观测的宇宙。两者都停滞在一种“局部辉煌”的状态。

而现实世界,仍在等待一个能够真正涵盖它的理论。