“好的科学家解决问题，伟大的科学家定义问题”
（本文摘录于《赛先生》）
将量子力学与广义相对论统一起来，成为包罗一切基本粒子和相互作用的“万有理论”，是理论物理学家的终极梦想。目前，在通往这条路的候选理论中，弦论是广为人知的一种，但也有一群科学家相信存在别的途径，如圈量子引力论。圈量子引力论的奠基人、理论物理学家阿贝·阿西提卡是这样讲的。
（第一、 二部分从略）
圈量子引力理论的挑战
？圈量子引力，您已经研究了它很长时间
将广义相对论和量子力学理论进行统一的问题确实由来已久。圈量子引力论的考虑基于多个方向：
首先，从技术层面讲，这和彭罗斯关于扭量空间的想法密切相关。彭罗斯对于螺旋度或者自偶所扮演角色的关键想法是：引力场方程存在某些解的对称性，彭觉得这种对称性与对偶有关。例如，如果你有一个光子，就像每个静止质量为零的粒子一样，它有两个螺旋度：要么在四维动量的方向上旋转，要么在相反的方向上旋转，即得到两个螺旋态；同理，引力子在弱场极限下也是如此。所以彭罗斯试图在非线性的背景下推广此想法。
我当时觉得，扭量理论中这些正在发生的变化极为有趣，但它发展的方向似乎不太合理：过于强调复流形，而不是实流形。我觉得可以吸收该理论的精髓，基于实时空、实度量来构建模型，这才是与客观物质世界直接相关的。总之，我认为那些深刻的想法没有通过最合适的方法体现出来，是一个技术性的问题。也就是说，圈量子引力论一个深刻的发展契机直接来源于扭量理论的一些重要想法，它现在正再一次变得重要。
第二，圈量子引力论发展的第二个契机，来自这样一个基本思想：在广义相对论里，引力源于时空结构。如果存在一个引力的量子理论，那它应该也是一个几何的量子理论，即我们所看到的连续几何应该只是一个近似。比如一张桌子，肉眼看上去非常平滑连续，但在电子显微镜下看它就不同了：在格点上有原子，其间是真空。类似，时空的几何结构也应该存在相似的基本组分，几何结构就起源于其中。受扭量启发所产生的想法最终是，几何的基本激发同引力子并不一样，但它是更深层次的，而引力子将会成为一个近似概念。
几何的基本激发是一维的，这种一维有点像高分子聚合物。如果我们透过一个放大镜去看这件“衬衫”，从根本上来说这衬衫是一维的，因为线是一维的，只不过那些线如此紧密地堆积以至于让我产生了它是二维的错觉。圈量子引力论中所呈现出来的图像也如此一般，由一维的纤维所编织，就像高分子聚合物。但这个高分子聚合物编织得如此错综复杂并且紧密相连，以致我们以为是连续的。也就是说，在原子尺度上，它根本不连续，但如果从粒子化的意义上看，它包含的原子如此之多，以至于在我们实际考虑它的时候，看上去就成了一个连续体。爱因斯坦的广义相对论使用的几何是个近似，其中的时空是光滑的连续体。超越这个范畴，就必须着眼于这些时空的基本构件，即它们的“原子”。这就是圈量子引力的基本思想，接下来的工作是提出恰当的方程。
在20世纪90年代，几位同事，特别是在华沙的Jerzy Lewandowski（我当时的一名博士后），发展了几何的量子理论。从那之后，圈理论已经被用于黑洞、宇宙学、大爆炸等领域。目前，全世界约有250～300位科学家在从事此研究，每两年召开一次名为“圈”（Loops）的会议，今年（2015年）刚在德国举办了一次。
？预见了一些实验检验吗
就量子引力的任何理论而言，由于实验技术滞后，获得实验检验都是困难的。广义相对论都建立100年了，直到现在我们才有希望看到引力波的确切检验。以往的实验大多关于弱引力，即比牛顿引力强但比爱因斯坦引力弱的引力，而关于广义相对论的强引力场至今没有任何确切验证。这需要两个黑洞碰撞产生引力波。令人振奋的是，引力波观测天文台（激光干涉引力波天文台）经过20年建造已经开始投入运作，它具备了探测强引力所需的灵敏度。据报道已做了一次探测，让我们拭目以待吧。
对于广义相对论，其检验已经耗费了长达一个世纪，而量子引力甚至要更难。因此我们不太可能立即就得到关于任何量子引力理论的直接证实，但应该能陆续获得一些观测证据。可以认为，它隐藏在宇宙学中，隐藏在早期宇宙的测量数据中。最近三年里，我们均致力于此，试图推动所谓的暴胀设想：暴胀始于物质密度极高时的宇宙初期，这个密度相比于显现量子引力效应所需的普朗克密度依然非常低，大约只有普朗克密度的10-12倍。按照普朗克密度，我们的大约是1097kg/m3，但暴胀宇宙学涉及的密度是1085kg/m3，而原子核密度只不过是大约1018kg/m3。
我们现在讨论的已经是比原子核密度大约高70个数量级的密度了，而且甚至还可能比这更高，因此非常困难。当然也很有成就感，因为最终我们确实成功完成了预期项目。
？你是在宇宙微波背景（CMB）中搜寻证据
没错，但证据也可能最终隐藏在（宇宙）大尺度结构里。从CMB观测到大尺度结构实在不可思议。我们能够通过CMB所看到的东西存在一定的限制，大尺度结构能显示的也存在一定限制，能看到的只不过是被放大到大尺度结构的CMB结构而已。因此，我们所观测的星系间的关联等现象，实质是来自CMB的一些关联。CMB的不均匀性（即CMB的各处之间存在偏差，这些偏差源于在暴胀之前的史前时代）与量子引力有关。问题是：它们是否可观测？
我对此研究了很长时间。现在，我们能通过实际观测来确认这些与标准暴胀的偏差的存在，它是宇宙暴胀之前事件的痕迹，而那必定与普朗克纪元和量子引力等等有关。但还没到可以认定这就是确凿证据的阶段。其实，即使是暴胀都不能证明什么，因为人们会说存在其它的可能。不过，现在还没有其它原因的解释可以如此有效，这使得人们非常认真地对待它。这些暴胀的偏差应该存在某个自然的、根本的解释。
？借助改良的观测技术，应该可能进行实验检验
是的，事实上普朗克卫星（欧空局发射的一颗研究CMB的卫星）的数据也许有帮助。普朗克合作组织计划一年之内公布我们需要的数据（注：普朗克卫星最近一次公布数据是在2015年2月）。所以，这是个有趣的时代！
弦论有点妄自尊大
？最近在一个超弦会议上，有人说弦论是量子化引力的唯一方法
有很多事情我不得不说。首先，我认为弦论确实极大地丰富了我们的认知，特别是新的数学上的联系，以及所谓的AdS/CFT对偶。在某种意义上，它拓展了爱因斯坦引力理论的范围，例如某些在黑洞背景时空上的格林函数，用来计算超导中的某些量。但这是很不可思议的，凝聚态物理学家会说虽然那很有用，不过是一个在某种程度上模拟了超导的模型，并非实际在材料中所看到的高温超导。我估计80%到90%的凝聚态物理学家都会这么说。
毫无疑问，弦论丰富了我们的认识。不幸的是，在我看来，弦论研究者普遍极度偏狭。何必如此，在科学里应该允许不同思想的争论，百家争鸣，而不是只有一家之言。科学不是信仰，当你说这是唯一正确的观点时，我认为这已经与某些古鲁说他才代表着唯一正确的道路没什么两样了。
？有人声称弦论是唯一正确的理论，其他方法都被整合进来了
约瑟夫·波钦斯基（Joe Polchinski），一位著名的超弦理论家，确实说过类似的话。那是多年前，在圣巴巴拉KITP（卡弗里理论物理研究所）建立25周年纪念时，他说弦论已经整合了一切，像微软公司（当时的微软公司正在整合一切）。他说圈量子引力论更像苹果公司（说得很直白），我想这是个极好的补充，我说我能接受把圈量子引力论比作苹果公司，至少微软公司不会吞并我们！
弦论取得了很大成功，我不明白为什么科学需要类似“弦论是唯一的量子引力理论”这样的论点？科学家应该让事实来证明它是唯一的理论、它比其他理论优越，或者它的预测比其他理论更多地被重复出来。科学不应该成为神学，他们的论点带有一股强烈的神学味道，我不喜欢。
？甚至有“后经验主义科学”的言论
是的，2001年在印度TIFR有另一个弦论会议，我正好碰巧在印度。当时科学家刚发现宇宙正在加速膨胀，即宇宙常数可能是正的。而我在报纸上看到汤姆·班克斯和爱德华·威滕说，不，宇宙常数不可能是正的，因为它违背了弦论，它只能是负的，这些观测是不成熟的。他们错了。事实上没有任何人来重新审视这些事情。
提出观点不存在任何错，但是提出观点之后又完全无视了你之前提出的观点，并且之后说这是唯一的理论，那就是错误的。弦论还没有确切的实验／观测的成功，并且在量子引力方面也没有取得很多进展。例如，它没有告诉我们当一个黑洞蒸发的时候究竟发生了什么，有一些关于它的对偶描述，但是缺乏时空描述。它也不能解释在广义相对论的奇点处发生了什么。总之，量子引力里存在的所有难题，弦论都没有回答。此外，自从1997年胡安·马尔达西那提出AdS/CFT猜想，迄今已有18年了。其期弦论的主要进展是将引力理论的思想成功应用到其它物理领域。这令我印象深刻。那些领域本身的学者们也许并不会如此，而我觉得能由此看到某种程度的科学统一性，是很有意义的。
然而，我们似乎一直是在其他物理领域内应用这些引力理论，而不是用它来解决量子引力本身的问题。我不认为量子引力问题已经被解决了，在会议上我与组委会明确地指出了这点（该组委会成员包括约瑟夫·波钦斯基、胡安·马尔达西那和我）。弦论非常强大，这是好事，但AdS/CFT猜想是目前仅有的非微扰弦论的定义而不是证明。它讨论了对偶，却没有对偶的证明。一个对偶首先需要有A和B，它们各自有确定的定义，然后才能说A对偶于B。我们不能寄希望于证明弦论对偶于它的共形场论，但把弦论定义成共形场论是允许的。总之，你必须编写一本“字典”，将体里面的弦论和边界上的共形场论联系起来，但这字典还没有被全面详细地编写出来。
再次重申，没人想要否定AdS/CFT对偶所取得的成功，但是这种成功被过度渲染、夸大其辞了。例如，首先，这个猜想中的时空是10维的，其物理的时空是渐近的反德西特（Anti-de Sitter）空间，具有负的宇宙学常数。但当我们环顾周围，发现宇宙学常数是正的。第二，该猜想中，弦论的内部维度，或者说至少在定义上，是宏观尺度的。卡鲁扎-克莱因（Kaluza—Klein）设想更高的维度确实存在，但是它们都卷曲于微观的、普朗克尺度上，无法看见，这是合理的。但AdS/CFT对偶要求其内秉尺度的半径和宇宙学半径一样。如果真是这样，那我应该可以看到全部十个维度，但并非如此。所以，它不可能与我们实际生活的真实世界有太多联系。所有这些问题都是显而易见、不容忽视的。
广义相对论的世纪卷册刚刚被出版，我是主编。该卷册由四个部分组成。第四部分叫做：超越爱因斯坦研究量子引力。它的开篇是针对普通读者的关于量子引力领域发展史的通俗介绍。其中一个子章节叫做“房间里的大象”，在那我指出：明明问题显而易见，学者们却选择置之不理。对我来说这是不合理的，这不是正确的科学态度；弦论本身是好的科学，但对它的（过度）宣传超出了科学的方式。人们应该诚实地描述事实，而不是通过夸饰。
？您怎么评价李·斯莫林（Lee Smolin）的书《物理学的困惑》
我和李共事过，但是我没有读过那本书，不具评论资格。我身边的一些好友曾读过，他们都是非常优秀的凝聚态物理学家，不在引力领域，但都表示喜欢该书，认为它言之有理。超弦理论家们则认为这本书具有误导性，包含了错误、虚假的历史叙述。我本人没有读过，所以无从评价。
我觉得人们喜欢像李这样明白事物又愿意著书表达他们观点的人，这很好。我个人更倾向于“做”科研，而让其价值由后人评说，或许它并不值得后人评说，但没关系。只要我自己感到愉悦，从某种程度上来说，这对于我就足够了。当然我相信，正如之前告诉你的那样，除非确认有非常好的想法，否则我不会花费如此多的时间、精力去专注于此。最终的理论不会是我们今天所讲的圈量子引力论，但会包含它的核心思想，可能也融入了弦论的一些精髓。但无论终极的理论是什么，我都坚信量子几何的思想将长存，它的形式也许会被改变，但是它的思想将得到保留。总之，我更愿少谈些主义，多做些科研。
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