十字路口

博客李淼 http://limiao.net/790
《環球科學》第六期專欄文章，請勿轉載

LHC（大型強子對撞機）的磁鐵需要降溫到1.9開爾文，按照目前的進度，所有的磁鐵的降溫將在今年6月中旬完成，隨後就是注入粒子束，實驗將正式開始。

隨著LHC裝置臨近尾聲，粒子物理界甚至宇宙學界在媒體上的聲音越來越大。LHC如果不是地球上人類用來探測微觀世界的最後一台人造加速器，也幾乎是倒數第二台加速器，所以它的任務非常重要。按照官方的說法，以及粒子物理界的共識，這是一台專門用來探測標准粒子模型中最後一個粒子的機器。這個粒子就是賦予各種粒子質量的黑格斯粒子。對於研究超出標准模型的物理學家來說，這台機器被寄予更大的希望。我們不僅想通過這台機器看到標准模型中的最後一個粒子，我們還想看到更多的超出標准模型的粒子。有些理論家也許已經開始了他們的諾貝爾夢，因為在過去的十年或更長的時間內，他們絞盡腦汁構造新的粒子物理模型，這些模型往往非常復雜，自然也含有很多我們沒有見過的粒子。對於他們來說，粒子物理正站在十字路口，我們將走向何方，LHC是下一個路標。

作為研究了20年弦論的人，我現在的心態很復雜。老實說，LHC不涉及我的諾貝爾之夢，因為我從來沒有介入超出標准模型的粒子物理研究。當然，弦論本身就是最大的一個超出標准模型的物理結構，這個結構試圖解釋標准模型，試圖將標准模型和引力結合起來，試圖為我們勾勒出終極之夢：物理學的統一。可是，正如很多批評弦論的人指出的那樣，弦論到現在為止並沒有給出任何與粒子物理相關的預言。有一派弦論家甚至認為，弦論可能包括很多種不同的選擇，而我們的世界只是為數巨大的眾多世界中的一個。可能的世界到底有多少？我們沒有具體的答案，有人認為這個數目遠大於一個谷歌（一個谷歌是10的一百次方），遠遠多於我們的宇宙中的粒子數。如果情況真的是這樣，我覺得我們弦論家處於一個非常尷尬的位置：本來我們的理想是解釋這個世界，卻弄出很多與我們無關的世界。我們這個世界似乎是隨機產生的。

德國大詩人歌德說過，理論是灰色的，而生活之樹常青。如果將這句話改成：理論是灰色的，而實驗之樹常青，就更切合我目前的心情。理論家失敗的例子很多，其中不乏很大的失敗。例如在19世紀末，很多大理論家包括麥克斯韋研究以太，以求為電磁理論找到一個合適的媒介。事實證明，理論家的想像力是有局限的。現在，弦論“預言”存在很多不同的世界，我們也許不能解釋我們這個世界，這個預言的命運很可能不會比以太更好。也許我們還缺乏想像力，也許還有我們意想不到的東西在某個角度對著我們冷笑。那麼，我們是依靠我們的想像力是尋找這個東西呢，還是依靠實驗？我的當下的感覺是必須依靠實驗，而LHC很可能正是這麼一個將我們帶出理論沼澤的實驗。所以，不僅構造粒子模型的理論家們處於十字路口，弦論，這個大家寄予厚望的“終極之夢”，也處於十字路口。

那麼，我們期望LHC發現什麼，才會對弦論的研究起到引導的作用？如果運氣好的話，LHC也許會發現超對稱。就我們目前理解的物理邏輯，這似乎預示弦論是正確的。這是因為，如果存在超對稱，那麼就存在超引力，超引力是愛因斯坦引力的非常富於想像力的推廣，在這個理論中，不僅存在引力，伴隨引力還存在一種新的粒子。當然，伴隨任何粒子，都存在一種新的粒子。但是，超引力自身似乎不是一個自洽的理論，將超引力推廣成一個自洽的理論，我們需要弦論。

最近，弦論研究的一個重要人物威滕在一個暗能量會議上做了一個演講，他的演講的主要內容涉及到弦論中的為數眾多的世界。我對威滕的演講很感興趣，因為作為弦論界中舉足輕重的人，他的態度歷來謹慎。在多世界這個話題上，他尤其謹慎，很少開口評論。這個演講似乎是他的第一次公開談論弦論中的多世界。他在這個演講中似乎模糊地支持多世界的看法，同時他承認，這也是一個壞消息，因為在理論上，我們這個世界就像一堆干草中的針，本身沒有任何特點和含義。最後他的觀點和我的一樣，希望LHC能夠幫助我們走出困境。

多世界理論在前一段時間的甚囂塵上與暗能量有關，因為這個理論的邏輯是，如果存在很多不同的世界，那麼在不同的世界中暗能量可以不同，這樣我們就不需要解釋為什麼我們這個世界中存在暗能量，且暗能量正好這麼大。可是，既然暗能量的大小是隨機的，那麼其他物理學常數也是隨機的，我們能夠指望目前我們世界中的暗能量與其他物理學常數如電子電荷有關嗎？我個人的觀點是如果多世界理論是正確的，那麼所有物理學常數幾乎都是隨機的。在威滕的聽眾中，的確有一個人問他這個問題，威滕的回答和他的一貫謹慎的態度一致：我希望LHC能夠幫助我們，但是我並沒有傾向多世界理論是正確的還是不正確的，我不知道真正的答案是什麼。

LHC這樣的大型物理實驗的確與我們的日常生活沒有什麼關系，也不會在可以看到的將來為我們帶來任何實際的好處。但是，它的成功與否很可能與一個最為深刻的問題有關，我們的世界是唯一的，還是，我們的世界只是汪洋中的一條船？這個問題在一個缺乏宗教精神的中國會被大多數人嗤之以鼻，在西方，卻是一個終極問題。