如何倾听宇宙的声音？现代数学帮助揭示其最深处的秘密( 二 ) _小知识

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虽然爱因斯坦不应该忽略亚原子层面物质理论的进展，但在某一方面，他还是要比许多批评者更有远见的。20 世纪 70 年代中期，也就是爱因斯坦逝世 20 年后，几位杰出的物理学家追随着他的脚步，试图运用纯思想—以数学为基础—构建扎实但不免有瑕疵的理论。当时，我还是一名刚入行的研究生，对这种纯粹在脑海中展开研究的策略相当警惕，并且相当确信这条路走不通，最终必将一无所获。对我来说，理论物理学家显然应该让实验发现指引他们前行的道路。这是正统的方法，并且的确在理论物理学家发展亚原子层面的现代理论时立下了汗马功劳。这套理论后来成为粒子物理学的标准模型，那简直就是一个奇迹：标准模型以寥寥数条简单的原理为基础，很快就取代了此前所有想要描述亚原子粒子行为的尝试。这个模型漂亮地解释了每个原子的内在运作机制。当时我还没完全意识到自己有多幸运：我就端坐在大教室的后排，观看这部史诗般的当代物理学戏剧上演。
我记得自己在那些年里参加过几十场以新奇理论为主要内容的研讨会。那些理论看上去的确令人印象深刻，但只是大致与实验结果相符。然而，这些理论的拥护者显然颇为自信，觉得他们发现了某种重要的东西。这种自信部分来自这些理论运用了有意思的新数学工具。对我来说，这种做物理研究的方式看上去比较奇怪。我觉得更好（而且是好得多）的方式是去倾听大自然告诉了我们什么，一大理由是大自然从不说谎。
我感觉到一股新风已吹来，但据我所知，风向朝着我不怎么喜欢的数学方向。从个人角度说，我希望这股新风逐渐止歇，但我又错了。20 世纪 80 年代初，随着关于亚原子粒子之间作用力的实验所带来的新信息逐渐减少，这股新风越吹越盛。出于上述原因，更多的理论物理学家转向了以数学为辅助工具的纯推理式研究。这给基础物理学带来了一个新方法—弦论。这个理论假设宇宙的基本要素并非粒子，而是极小的弦，企图以此在最精细的层面上对大自然进行统一的描述。理论物理学家在这个理论上取得了一些进展，但尽管他们付出了巨大的努力，仍没能给出实验物理学家能够检验的预测。于是，像我这样的怀疑论者就开始认为，事实会证明这个理论无非就是一个用数学工具写就的科幻小说。

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然而，令我震惊的是，许多顶尖理论物理学家并没有因为这一理论显然缺乏直接的实验证据而就此止步。他们反复强调这个理论的潜力，以及它与数学关联的深度与广度，有很多关联甚至对世界顶尖数学家都具有启示意义。这种深入、广泛的学科交叉进一步推动了理论物理学家和数学家之间的合作，并且产生了一系列令人兴奋的结果，尤其是对数学家来说。不仅物理学离不开数学，数学也离不开物理学，此刻这个道理比以往任何时候都更加清楚。
数学和物理学的交织似乎证明了物理学家保罗·狄拉克在 20 世纪 30 年代表达的观点。狄拉克有时被称为“理论学家的理论学家” 。狄拉克认为，基础物理学是通过越来越能体现数学之美的理论取得进展的。这个趋势让他确信—“从信念的立场上说，而非逻辑”—物理学家应该始终致力于寻找体现数学之美的例子。不难看出这对于弦论学家来说有着特殊的吸引力：他们的理论到处都蕴含着数学之美，因此，根据狄拉克的思路，这个理论当然是前途光明的。

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弦论的盛行给现代基础物理学添上了浓厚的数学色彩。迈克尔·阿蒂亚（Michael Atiyah）这位在职业生涯后期把研究重心转向理论物理学的杰出数学家，后来煽动性地写道：“数学接管了物理学。”不过，一些物理学家看到许多才华横溢的同事研究深奥的数学理论，而其中有许多无法验证，对此颇感沮丧。2014 年，美国实验物理学家伯顿·里克特（Burton Richter）直言不讳地总结了他对这种趋势的担忧：“现在看来，物理学理论的基础很快将不再是现实世界中的真实实验了，而是理论学家脑海中的想象实验。”这种趋势的后果可能是灾难性的，里克特忧心忡忡地表示：“到那时，理论学家们的灵感只能来自数学，而不是新的观测结果。在我看来，那就是我们现在所理解的基础物理学研究的坟墓。”