超弦行业的魔鬼经济学

送交者: 咸阳游侠 2006年10月04日01:37:49 于 [教育与学术]

　　今天看到纽约人杂志和 Physics Today 同时刊登了针对超弦理论的措辞强硬
的文章。我感到这个物理学中最性感的理论很可能正在经历一场政治危机。这两篇
文章都可以在网上看到：

　　http://www.newyorker.com/printables/critics/061002crat_atlarge

　　http://www.physicstoday.org/vol-59/iss-10/p8.html

　　不知道各位看了这两篇文章有什么感觉。我想谈一点想法，首先顺便把超弦理
论的现状学习一下。
　　
　　物理学家追求一个统一理论，或者说“终极理论”，a theory of everything，
我理解说统一也就是四种相互作用的统一。1970年代电磁，强，弱，这三种理论同
意在标注模型之下。标准模型是个非常成功非常精确的理论，但是无法把引力也统
一进去。也就是说在微观尺度有标准模型，在大的宏观尺度有广义相对论，但是二
者无法统一起来。

　　为什么一定要把引力跟标准模型统一，实际的需要是在早期宇宙，比如说暴涨
之前的时空奇点，尺度那么小所以一定是量子力学的，但是质量又那么大引力不可
忽略，所以两个理论必须同时起作用，可是现在我们的两个理论都假设对方不存在。

　　可能在某些物理学家看来更重要的原因是不统一的理论缺乏美感。宇宙就好像
围棋一样，虽然战术非常复杂，但是规则应该是简单的。物理学家的梦想是找到一
组能够完美描写物理定律的方程，这组方程应该是非常简单而和谐的，以至于可以
印在T恤衫上。目前的标准模型就是个丑陋的理论，它有20多个参数需要靠试验测
定，一个理想的理论应该可以自己计算出来这些参数，比如为什么精细结构常数差
不多等于1/137，最好就没有什么需要输入的参数。
　　
　　超弦是现在看来的唯一希望。这个理论说基本粒子就好像蜷曲的琴弦，弦的不
同震动模式对应于不同的能量。。。这个理论的一个好处是解决了方程的发散问
题。超弦理论还要求空间是9维或者10维的，除了我们所见的三维之外其他的都太
小目前不可观测。这个理论听起来有点怪异但是在数学上是和谐的。一开始的时候
一共有至少五种不同的超弦理论，一直到1995年 Witten 指出这五种理论实际上可
能统一于一个更深刻的理论，也就是 M-theory，这个理论说弦不一定是一维的，
也可以是膜，也就是 brane.

　　这差不多就是我以前所知道的超弦理论。当时我记得看《科学美国人》上面一篇
文章恶搞牛顿的名言说，在21世纪的物理学家看来20世纪的物理学家就好像在海边
玩耍的小孩子，偶然被超弦贝壳所吸引，却忽视了他们背后 M 理论的汪洋大海。M
被 Witten 解释成可以代表 magic, mystery, membrane，有些物理学家认为应该
代表 matrix 或者 mother, 我记得同学说他认为应该代表 Mathematics。格拉肖
调侃说 M 是不是 Witten 的 W 倒过来啊，居然有人恶搞说 M 代表　masturbation。
　　
　　这个理论有两个问题，现在正在受到攻击。从这两篇文章来看，可能目前的情
况是这样的：
　　
　　首先超弦不能在实验上检验，因为没有加速器能达到那么高的能级。这还不是
主要的，最大的问题是超弦理论的解有无穷多种（这是physics today的说法，纽
约人杂志的说法是10^500个），这些解在数学上都是对的，解的集合称为
“landscape”,问题是我们的宇宙只有一个。超弦物理学家对此的解释居然是人择原
理(Anthropic Principle)：这些不同的宇宙都存在，我们只不过碰巧生活在其中
一个适合人类生存的宇宙之中罢了。

　　其实即使考虑人则原理解也不是唯一的，今年在PRD上的一篇文章就构造了一
个其它方面跟我们一样但是若耦合常数为0的宇宙，并证明这个宇宙同样适合人类
生存。

　　如果解不唯一，超弦理论就有一点“后现代”的味道，因为传统上认为科学必须
是可证伪的，现在你说这么多宇宙类型都可能，又无法对我们的宇宙做出任何预
言，到底是 a theory of everything 还是 a theory of nothing 啊？这是玩数
学不是玩物理。

　　霍金今年在PRD上发了一篇文章，看起来有点希望。这篇文章中霍金猜测也许
可以用外加边界条件的办法说明这些解的概率分布不同，也许可以证明我们的宇宙
存在的概率比其它的解要大一些。
　　
　　超弦的另一个问题是既然不能追求真实，干脆追求美感，好的理论是美的理
论，美的理论就是正确的理论。一个常用技术是要求对称性，比如说超对称。比如
计算中发现某个量发散，就看看能不能通过要求一种对称性来使这个量变小。
Physics Today 文章把这个技术叫做 naturalness，并指出这个思路可能是错误
的。他举例说当年大家曾经想通过寻找对称性的方法来使宇宙常数等于零，但最近
发现宇宙膨胀正在加速这一事实说明宇宙常数不是零，而是一个很小的数字。如果
你总去寻找对称性你可能在错误的方向上。

　　另外说美什么叫美？没有相对论的时候难道大家不觉得牛顿力学很美么？如果
说对称才叫美现在的情况是对称性要求可能是错的，等到2008年 CERN 的 Large
Hadron Collider 开始工作就会证明超对称到底有没有。
　　
　　既然超弦有这么严重的问题，30多年没有突破性进展，为什么到现在这么多人
还在搞，而且还是主流？因为没有人有机会去尝试别的理论。每年差不多有80个粒
子物理phd毕业，其中只有10个人最终可以找到一个终身职位，竞争是相当激烈
的。大牛人都在做超弦，如果你想获得认可你唯一的办法就是发表超弦论文。

　　超弦行业就好像是一个教派。这个理论已经存在了如此长的时间，都是一些猜
想，但是里面的人都相信，没人敢于质疑。有人调侃说，还不如直接说我们这是基
于信仰的科研，没准更容易得到布什政府的经费支持。

　　真正推动物理学发展的是那些有眼光的思想家，但是现在的学术系统选拔的是
玩数学有技术的手艺人。
　　
　　我看到这两篇文章有点震惊，跟我老板闲聊说，做超弦也花不了多少经费，谁
愿意做就做，何必如此攻击人家呢？ 我老板一句话我就明白了：因为大学物理系
的职位被大量做超弦的人所占据。

　　原来这两篇文章所针对的是“超弦既得利益集团”啊！
　　
　　现在我们需要一点魔鬼经济学（Freakonomics）了。既然是竞争激烈年轻人必
须做超弦，为什么那些功成名就的人不去尝试点别的？

　　答案还是incentive，也就是科研经费。你写proposal申请经费，比较容易获
得批准的办法是先说这个领域已经做到什么程度了，我在此基础上打算怎么做，人
家觉得你有谱，容易批。如果你上来说我有一个全新的思想，人家以为你是民间科
学家。即使是已经成名的人可能也不愿意冒这个险。
　　
　　别的领域搞什么研究项目一般是由市场或者国家需要来决定的，但是理论物理
领域似乎不太一样。当年申请建费米实验室，物理学家被要求说明这个实验室对国
防有什么帮助。物理学家是这么回答的：跟国防没有直接关系，但是建成之后可以
增加我们国家的荣耀，从而使这个国家更值得去防卫。

　　现在物理学家说我们要搞统一理论，很可能政府也不知道这东西到底有什么
用，但是长远考虑没准有用呢。我的博士导师曾经有一次跟我说，能源部居然给搞
超弦的人经费。我说是啊他们还挺有远见的。我老板说不是，我的意思是说我很惊
讶搞超弦也能拿到经费！
　　
　　我想正是因为发经费的人也不特别知道为什么要发这个经费，这一领域的研究
完全是自己推动自己，自圆其说，很像数学，也好像一个教派一样。

杂志往往是跟风的， 这几篇文章的出现可能跟前些时候两位反弦论人士出的书有关。 一本是 Loop Quantum Gravity 的 Lee Smolin 写的《The Trouble with Physics》； 另一本是 Columbia 大学数学系的机房管理员 Peter Woit 写的《Not Even Wrong》。 不管弦论界对这些书如何不屑一顾， 这两本书对超弦在公众心目中的形象可能会有不小的影响， 甚至有可能对有关机构掌管经费的人产生潜在的影响。

Actually, string theory has no problem. The real problem is nobody has better alternatives.

不是没有人有机会尝试，而是根本就没有人有更好的idea。

一直看不起搞Loop Quantum Gravity的人

这与当今理论物理与实验物理脱节有关,我把粒子物理(物质结构问题)发展分为三大阶段,量子力学诞生在第一阶段,标准模型产生在第二阶段,1983年WZ粒子发现标志黄金第二阶段的结束,同时1984年约翰·施瓦茨（John Schwarz）和米歇尔·格林（Michael Green）启动的超弦第一次革命标志物理进入了第三大阶段(对于理论物理可叫超弦时代,对实验物理可叫ZW能区时代),这一时期理论物理超越实验物理尽管有LEP这样强大的实验装备但只是将Z粒子的质量由83年发现时92.7±1.7±1.4GeV提高到91.1876±0.0021GeV,顶夸克、B介子CP违反等等都在标准模型预言之内。这种状况可能会在今年即将启动LHC之后而改变，即粒子物理可能进入第四大阶段----T能区物理时代。今后几十年的时髦理论一定能够圆满解决T级能区物理实验发现的理论。

这个话题很有趣
现代的理论物理的确离开实际太多，让人不知所措。
很有点拿着数学在演绎易经的味道。

超弦理论是以太理论的20世纪末版本。
消耗掉那么多宝贵的研究资源和人才令人遗憾。

现代的理论物理的确离开实际太多，让人不知所措。
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打击面太广了。即使对于超弦理论都不能这么说，何况理论物理那么多分支

有一个计算机公司叫做“superstring”,这个公司的某人出门，遇到另一计算机公司的，被问：你们公司怎么叫做“超级字符串”。