http://www.stdaily.com 2012年07月25日 来源： 中国科技网 作者： 董子凡
超弦理论中的多维空间模拟图
“疑似上帝粒子”现身，物理学界一片欢腾。
而在北京中关村的一间办公室中，某位中年学者一边为此兴奋，一边期待更“过瘾”的分析结果，因为他研究的理论还可以接纳更新奇的粒子，探索“上帝粒子”发现后仍难以解答的谜题；而另一些时候，他却会怀疑那套理论不一定正确。
这位学者就是中科院理论物理所研究员李淼，他的研究方向之一就是超弦理论——也许你曾在美剧《生活大爆炸》的台词、或是某些科普文章中隐约得知过这个词，但它究竟是何方神圣？
物理学标准模型不够“美”
这次新发现让许多物理学家欢呼，是因为若真发现了号称“上帝粒子”的希格斯粒子，一张名为“物理学标准模型”的宏伟画幅就将填上最后一块拼图——它所预言的全部基本粒子都将找到。
然而，尽管这个标准模型的绝大部分早已被一次次科学实验证明，但在一些理论物理学家眼里，它还是不够“美”。
按照标准模型，是电子、夸克、胶子、光子、中微子……等62种不可再分的基本粒子构成了原子、分子和世间万物。然而基本粒子的种类竟如此之多，质量、性质等千差万别，相互作用的机制也非常繁冗，简直比元素周期表还复杂。
肩负探寻最基本自然规律的神圣使命，物理学向来追求“简单才是美，不美非真理”，如此复杂的模型怎么能是宇宙的终极奥秘呢？好在自上世纪60年代末以来，一项名为“弦论”的新理论声名鹊起，经数十年发展演变成现在的超弦理论。
超弦理论的核心很简洁，就是认为所有基本粒子在本质上没有区别，都是一段在高维空间振动着的“弦”；每根弦完全相同，只是振动方式不同。无数振动着的弦投射到我们生存的三维世界，就像把三维世界中的景象投射在二维的电影屏幕上，就是人类能认识到的各种基本粒子。
如果人类也能“听”到弦振动的声音，那么每个基本粒子都是一个音符，原子就是乐句，分子就是乐段，你我和世间万物就是乐章，而整个宇宙则是一首无比恢弘的交响乐，从宇宙大爆炸的时刻开始演奏，直到宇宙的终结。
远看像粒子，近看才是弦
“虽然还是不明白在说什么，但是听起来很厉害的样子”，要用几句话勉强解释超弦理论，恐怕也只能到这个程度了。不过外行看超弦理论有个好处，就是只要记住“所有基本粒子都是弦的不同振动形式”就行了，总比弄清一大堆名字晦涩、拗口还带希腊文的粒子简单多了吧。
或许还要解释一下，什么是高维空间呢？我们平时感知到的空间，由长宽高三个维度构成，加上时间就是四维时空。而在超弦理论尤其是比较新的膜理论中，整个时空共有多达11个维度。
“现有物理实验还无法证明高维空间的存在，是因为这对目前的观测手段来说太'远’了。”李淼说，“就像一根长长的管子远远看去，仿佛一条粗细为零、只有一个维度的直线；而在更远的距离眺望，一个人也只是个零维的小黑点。”
那么多维空间究竟是什么样子？把一张纸看做二维平面，纸上画的小人则是这个平面世界中活生生的“二维生物”。如果你用一个指尖轻轻触摸这张纸，画中的小人只能看到指尖在平面上的小片印痕，根本无法想象你这个“三维人”长什么模样。同样，对于多维空间的景象，就是最有想象力的科学家、科幻作家和电影导演，也难以将其直观表现出来。
求“终极理论”，众里寻他千百度
半个月来，李淼写了N篇博客，接受了N次采访，却几乎没谈这次新发现和自己研究的超弦理论究竟有何关系。
“超弦理论探讨的问题，比标准模型更高级、范围更广大。这次发现对能否完善标准模型意义重大，但还说不好对超弦理论会有什么直接帮助。”说到这里，李淼露出了理论物理学者传说中的玩世不恭：“其实我倒更期待，最后发现的是一种谁都没预言过的新粒子，那样更有意思吧。”
比起多少能吸引公众眼球的大型物理实验项目，超弦理论研究似乎超脱得有点无奈。但李淼绝不会因此而寂寞，国内外都不缺迷恋超弦的物理学者——虽然其中很少有《生活大爆炸》主角、超弦专家谢尔顿那样的极品狂人。
超弦理论的魅力，不仅在于优美、简单（相对而言），更在于它被视为物理学界多年来翘首以盼的“终极理论”，或称“万物理论”（Theory of Everything）。
物理学发展到今天，人类发现了自然界的四种基本作用力：引力、电磁力以及只作用于微观层面的强力和弱力。其中引力早在牛顿时代就率先被发现，但其作用机理一直未被弄清；爱因斯坦穷尽后半生，试图建立能同时解释引力和电磁力（当时只发现了这两种）的“统一场理论”，也最终抱憾而逝。
而在超弦理论的体系中，引力之谜有望得到破解，四种基本作用力也能被全部纳入。不仅如此，相对论和量子力学这对同在20世纪上半叶横空出世、却至今相互矛盾对立的物理学双璧，也有望在超弦理论中得到统一。
离实验太远，灯火阑珊也难“处”
理论上美好是一回事，但即便是侦探推理也得讲证据，一项科学理论更要通过实验检验才能上升为真理。相对论和量子力学从“异端邪说”登堂入室被学界认可，也是踩着坚实的实验观测结果一步步走过来的。
而验证超弦理论就麻烦得多。弦在三维空间中的尺度，要比人类现有技术能探测到的尺度还要小1016（上标）倍。如果按当今最强大的粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）给粒子加速的效率，至少要把它造得跟银河系那么大，才能让科学家一窥弦的面目。
此外在数学层面，超弦理论的宏大和包容也带来了麻烦。
“物理学界曾对弦论寄予了太高期望。”李淼说，“现在看来，它已经不那么'美’了，因为它有太多的解。”
“太多的解”，就是超弦理论可以适用于不同的宇宙。而在其他的宇宙中，光速等物理常数可能都跟我们的宇宙迥然不同。这对科幻作家来说可能是绝佳素材，但理论物理学家毕竟还是要讲严谨的，这无数种可能性对他们来说委实太疯狂了些。
“我现在并不迷恋超弦，碰到心情不好的时候，甚至还对它怀疑过。”李淼笑称，“它可能不一定是'万物理论’，不过至少也是'Foundation of Everything’（万物起源的理论）。”
《科技日报》 （2012-7-25 七版）
(中国科技网)
责编：刘晓莹
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