□沈致远 弦代表超弦理论（简称弦论），圈代表圈量子引力论（简称圈论）。两者均 为“万物之理”（Theory of everything）之候选者。 万物之本是什麽？自古引人遐思。19世纪才有实验根据，20世纪步步深入： 分子、原子、原子核、核子、电子、夸克……1970年代物理学家从已知的基本粒 子及其相互作用总结出标准模型。这是一个非常成功的理论，为许多实验所证实 ，有的竟达到百亿分之一精确度！但有两个缺点：一，其中包含人为设定的几十 个参数，不知其所以然；二，虽然在四种作用力中已将电磁力、弱力、强力统一 起来，引力却顽固地拒绝统一。 物理学家深信天道归一：四种力是统一的，在夸克和电子等基本粒子後面肯 定有更基本的东西。於是兵分两路向万物之本进军。 一路是弦论的大兵团，人强马壮声势浩大。经过两次“超弦革命”，聚集了 号称“全世界最聪明”的物理学家和数学家数千人，发表论文以万计！弦论认为 ：万物之本是极其微小（普朗克长度10^-35米）的弦（String），在 9维空间中 飞快地振动。现实空间只有3维，多出的6维空间卷曲隐藏起来了。弦不同的振动 式样相当於不同的粒子。一言以蔽之：万物皆弦。 另一路是游兵散勇，除圈（Loop）论外，还有旋子（Spinor）、扭子 （Twistor）及非互易几何（Non-commutative geometry）诸论。 圈论比较像样 ，从事者也仅数百人。圈论由宾州州立大学阿许特卡（Abhay Arshtekar）于 1980年代提出。圈论认为粒子是空间的拓扑形体。一言以蔽之：万物皆形。 早期在研究核子强相互作用时发现，将粒子当作弦可以解释一些物理现象， 但存在超光速粒子等问题，未引起主流物理学家注意。1984年，许瓦兹（John Schwarz）等人解决了存在问题，并发现弦论中自动出现引力子。 物理学家看到 苗头蜂拥而至，此为“第一次革命”。弦论从冷门一变而为显学，不久又出现新 问题：弦论有五种不同版本，不知何所从。 1995年，威腾（Edward Witten）在 洛杉矶集会上提出“M-理论”： 9维空间中弦论五种版本在10维空间中是等价的 ，除弦以外还有膜（Brane）等。人心大振，声势空前高涨，此为“第二次革命” 第二次革命後又十几年过去了，弦论基本方程仍付阙如，其可能方案竟然有 10^500之多，相应于10^500个宇宙！批评者讥讽说：弦论从万物之理变为“任意 之理”（Theory of anything），弦论者总可以变出一个理论使之与实验符合。 无法证伪，就不是科学！ 二十多年来，弦论和圈论等各自发展。最近风云突变，圈论者推出两本书。 一本是《物理学之困境》，作者施莫林（Lee Smolin）是哈佛大学物理学博士， 从事弦论研究多年，後改弦易辙做圈论，反戈一击：弦论没有实验证明，连实验 方案都提不出来，这一击正中要害。另一本是《甚至称不上错》，作者吴易特（ Peter Woit）是普林斯顿大学物理学博士，现任哥伦比亚大学数学系讲师。书名 就竭尽讥讽之能事：弦论根本不是理论，连错都不够格！ 批评弦论不自今日始，不乏大师级人物。诺贝尔物理学奖获得者费因曼 （Richard Feynman）说过重话：“弦论者提不出实验，只会找藉口。”2004年诺 贝尔物理学奖获得者、威腾的导师格罗斯（David Gross）曾是弦论的热烈支援者 ，最近在一次集会上说：“我们不知道自己在说什麽！” 两本书的出版，引起公众注意。弦论不甘示弱，着名弦论学者哥伦比亚大学 教授格林（Brain Greene）在2006年10月20日《纽约时报》以长文进行反驳，题 为“弦上的宇宙：不要放弃最有希望的物理学理论”。其主要论点：弦论继承爱 因斯坦未竟之遗志，积累了丰富的经验，建立起美丽而严密的数学体系，是统一 四种力的最有希望的理论。格林承认缺乏实验证据是严重问题，他寄希望於将在 2008年开始运行的欧洲巨型强子对碰机（LHC）或许能作出支援弦论的实验结果。 对“弦论二十多年未出成果”的批评，他嗤之以鼻。平心而论未可厚非，科学史 上难题有数百年未解的，何况目标是“万物之理”，如轻易到手，反倒是非常奇 怪。 弦论的大问题是实验验证，弦的尺度是10^-35米，以实验直接验证，所需粒 子加速器比银河系还大！弦论提出的一些间接实验方案至今无一成功。 最近我对两位作者进行专访。我问施莫林：圈论和弦论有无共同之处？他说 ：“圈论可以帮助弦论成为不依赖於背景的理论。”我说：弦论发展出许多数学 工具，圈论可以借鉴。他表示同意。我又问：圈论的 3维空间和弦论的多维空间 是否相容？他说：“圈论并不排斥多维空间。”我再问：圈论有没有提出可行的 实验？他说：“预言光子速度随其能量增大而变慢，可由天文观测检验。” 我问吴易特：你对格林的反批评有何评论？他说：“格林会错了意，施莫林 和我都没有要求放弃弦论，只是主张给圈论等以一席之地。”弦论者常用一句话 堵批评者之口：“这是镇上惟一的游戏。”公然无视其他理论的存在，这种霸道 对科学发展有害。我说：你在书中批评弦论有10^500不同版本，说明弦论缺乏选 择规则，有朝一日发现选择规则，不同版本定於一尊，可能吗？他说：“从历史 看，弦论发展趋势是版本不断增加，这种可能性不大。”我说：科学史上的重大 突破有些出乎意料之外：19世纪末，没人预料到量子力学的出现；20世纪初，如 爱因斯坦未提出狭义相对论，别人也会提出，但广义相对论没有人料到。吴易特 说：“是的！你说的可能性不能排除。”我说：如“万物之理”确实存在，其生 母可能是弦论、圈论，或者现在还不知道的什麽论，很可能是诸论之杂交。 我问两人对今後发展的看法，他们说：大家都在等待，企盼LHC开始运行後能 给出新的实验结果，为基本粒子研究指明方向。吴易特加了一句：“如LHC未发现 新结果，就不知道该怎麽办了。” 学派之间通过争论互相砥砺，有益於科学的发展。但这次争论有所不同，除 学术歧见外，还有社会因素。弦论是显学，占据一流大学物理系要津，几乎囊刮 了这方面的研究经费。圈论等缺乏研究经费，年轻的粒子物理学家如不做弦论， 求职非常困难，资深的也难成为终身教授。 弦圈之争公开化标志着基本粒子研究进入战国时代，群雄并起百家争鸣当可 预期，这是大好事，科学从来就是在不断挑战和竞争中发展的。自从标准模型提 出以後，二十多年来基本粒子研究进展甚微。LHC的建成和非弦论诸学派之崛起可 能是一个转机，我们殷切期待20世纪物理学蓬勃发展的局面能在21世纪再现。 --

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