弦論行不行？

Posted on 2010/01/22 in 物理新知, 知識通訊評論, 科技報導 with 尚無留言 7,427 views

弦論行不行？
知識通訊評論第46期

理論物理前沿的弦論，長久就引起爭議。最近有兩本批評弦論的新書出版，再次引發物理界齟齬。

最近出版的兩本書內容指稱，「弦論」(string theory)這項學域很危險，偏離主流太遠，因此惹惱了人數雖少但影響力頗大的弦論科學界。

兩本書的書名便道盡一切：第一本叫《不止是錯了》(Not Even Wrong)，是已故大物理學家鮑利(Wolfgang Pauli)用來描述科學理念不夠完整的話語；第二本叫《找物理的麻煩：弦論抬頭，科學隕落，接下來還會有什麼》(The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next)。兩書都吐露一種恐懼，認為弦論界變得太務虛，焦點寧追求美學，而非現實。有些物理學家甚至警告說，任由弦論宰割的話，會危及到科學方法。

如此的指控，緊密團結的弦論學界完全不能接受，尤其兩書都是圈外人寫的，使他們怒氣難消。《不止是錯了》出版於今年六月，而《找物理的麻煩》付梓於九月。兩本書出現於亞馬遜網路書店不久，哈佛大學的弦論學家莫托(Lubo Motl)就貼了兩篇盛怒的書評上去，標題為「對高能物理學心存不滿，而且理解不足」，以及「另一個後現代誹謗，針對目標是現代物理與科學方法」。《自然》期刊付梓時，把兩篇書評都拿掉了。

反應尖刻如莫托的弦論科學家很少，至少公開場合如此。但是，很多弦論學家很不高興，而且絞盡腦汁想對付諸如此類的批評。加州史丹福大學弦論家薩斯凱因(Leonard Susskind)就表示，自己不少同儕在生悶氣。

弦論推測說，宇宙僅由微細的弦組成，震盪於十左右的次元。這項理論，因為以往有暢銷書而大受推崇──最著名的一本，是葛林(Brian Greene)一九九九年的大賣作品《優雅的宇宙》(The Elegant Universe)，書中表示，這種構想，可以統一重力理論與量子力學兩種不相容的理論。

盲點

但是弦論自有其缺點，兩本新書討論焦點，便是那些問題。比方說，最近的推算指出，弦論會衍生出來的宇宙模型，達十的五百次方。批評者說，如此讓這項理論本質上變得毫無意義。當學界傳出有這麼多可能性，儘直無窮無盡之際，史莫林(Lee Smolin)已經在寫書，最後成果便是《找物理的麻煩》。史莫林是加拿大瓦特盧「圓周理論物理研究院」(Perimeter Institute for Theoretical Physics)的物理學家，以前曾鑽研弦論，他表示，自己與許多同儕都開始對弦論感到憂慮。

另一項困難點在：假如弦真的存在，那它們在極高的能量中，以現今的實驗能力，根本無法測度出來。《不止是錯了》一書的作者、紐約哥倫比亞大學數學家伏渥特(Peter Woit)表示，搞科學的假如不必受限，沒必要創造實驗來求證，那麼乾脆退出學界，去玩自己的理論好了；「危險所在之處，是最後整個理論學界會和其他的物理學領域完全脫離。」

史莫林自己在書中提倡通稱「迴圈量子重力」(loop quantum gravity) 的理論；他表示，弦論學家是蓄意不跟他人來往的；沒半個主要弦論研究群體雇用了博士後研究員，來鑽研任何量子重力方法，而其他量子重力研究群體則通常聘有年輕學人，去研究弦論，而且覺得應該這麼去做。

學域界線的問題

弦論學家則駁斥說，他們沒把自己孤立起來。據加州聖塔芭芭拉「卡夫立理論物理研究所」(the Kavli Institute for Theoretical Physics)弦論學者波欽斯基(Joe Polchinski)表示，最近幾年，弦論對「重離子物理」(heavy-ion physics)有長足貢獻。當紐約艾普頓「布魯克哈文國家實驗室」的「相對論重離子對撞器」(the Relativistic Heavy Ion Collider)首度產出高熱夸克氣體時，事實上弦論早已正確預測到某些氣體的性質。波欽斯基表示，他覺得很多方面，弦論與其他物理學領域的分野正在消減。

威爾斯「史旺西大學」(Swansea University)宇宙學家兼粒子理論家柏金斯(Warren Perkins)同意這種看法。他表示，近幾年弦論經證實等同於傳統的「場論」(field theory)，可藉之來預測：很快就要開始運作的日內瓦「大型強子對撞器」(Large Hadron Collider)裡，粒子會有怎樣的行為；柏金斯表示，場論與弦論進行過許多對話，有時，弦論比起場論，所提供的近似值要簡單得多。

但是，很多理論學家希望，弦論還必須提供連結，把漂移不定的重力與量子力學兩者串起來。賓州州立大學量子重力學者阿胥特卡(Abhay Ashtekar)表示，這些說法，跟理論物理學發生關係時，容易被渲染誇大。他相信，大家對弦論的期望，已經讓弦論界處於守勢，終究無法存活下去。

兩本書讓薩斯凱因等弦論學者苦苦思索，該如何面對外界如此強烈的批評；薩斯凱因表示，要替弦論界的公眾形象憂心，還是該沉默相向，自己都不曉得怎樣做才對。他害怕的是：如此辯詰，可能讓大家對科學專業愈來愈不信任。