□沈致遠 弦代表超弦理論（簡稱弦論），圈代表圈量子引力論（簡稱圈論）。兩者均 為“萬物之理”（Theory of everything）之候選者。 萬物之本是什麼？自古引人遐思。19世紀才有實驗根據，20世紀步步深入： 分子、原子、原子核、核子、電子、夸克……1970年代物理學家從已知的基本粒 子及其相互作用總結出標準模型。這是一個非常成功的理論，為許多實驗所證實 ，有的竟達到百億分之一精確度！但有兩個缺點：一，其中包含人為設定的幾十 個參數，不知其所以然；二，雖然在四種作用力中已將電磁力、弱力、強力統一 起來，引力卻頑固地拒絕統一。 物理學家深信天道歸一：四種力是統一的，在夸克和電子等基本粒子後面肯 定有更基本的東西。於是兵分兩路向萬物之本進軍。 一路是弦論的大兵團，人強馬壯聲勢浩大。經過兩次“超弦革命”，聚集了 號稱“全世界最聰明”的物理學家和數學家數千人，發表論文以萬計！弦論認為 ：萬物之本是極其微小（普朗克長度10^-35米）的弦（String），在 9維空間中 飛快地振動。現實空間只有3維，多出的6維空間捲曲隱藏起來了。弦不同的振動 式樣相當於不同的粒子。一言以蔽之：萬物皆弦。 另一路是遊兵散勇，除圈（Loop）論外，還有旋子（Spinor）、扭子 （Twistor）及非互易幾何（Non-commutative geometry）諸論。 圈論比較像樣 ，從事者也僅數百人。圈論由賓州州立大學阿許特卡（Abhay Arshtekar）于 1980年代提出。圈論認為粒子是空間的拓撲形體。一言以蔽之：萬物皆形。 早期在研究核子強相互作用時發現，將粒子當作弦可以解釋一些物理現象， 但存在超光速粒子等問題，未引起主流物理學家注意。1984年，許瓦茲（John Schwarz）等人解決了存在問題，併發現弦論中自動出現引力子。 物理學家看到 苗頭蜂擁而至，此為“第一次革命”。弦論從冷門一變而為顯學，不久又出現新 問題：弦論有五種不同版本，不知何所從。 1995年，威騰（Edward Witten）在 洛杉磯集會上提出“M-理論”： 9維空間中弦論五種版本在10維空間中是等價的 ，除弦以外還有膜（Brane）等。人心大振，聲勢空前高漲，此為“第二次革命” 第二次革命後又十幾年過去了，弦論基本方程仍付闕如，其可能方案竟然有 10^500之多，相應于10^500個宇宙！批評者譏諷說：弦論從萬物之理變為“任意 之理”（Theory of anything），弦論者總可以變出一個理論使之與實驗符合。 無法證偽，就不是科學！ 二十多年來，弦論和圈論等各自發展。最近風雲突變，圈論者推出兩本書。 一本是《物理學之困境》，作者施莫林（Lee Smolin）是哈佛大學物理學博士， 從事弦論研究多年，後改弦易轍做圈論，反戈一擊：弦論沒有實驗證明，連實驗 方案都提不出來，這一擊正中要害。另一本是《甚至稱不上錯》，作者吳易特（ Peter Woit）是普林斯頓大學物理學博士，現任哥倫比亞大學數學系講師。書名 就竭盡譏諷之能事：弦論根本不是理論，連錯都不夠格！ 批評弦論不自今日始，不乏大師級人物。諾貝爾物理學獎獲得者費因曼 （Richard Feynman）說過重話：“弦論者提不出實驗，只會找藉口。”2004年諾 貝爾物理學獎獲得者、威騰的導師格羅斯（David Gross）曾是弦論的熱烈支援者 ，最近在一次集會上說：“我們不知道自己在說什麼！” 兩本書的出版，引起公眾注意。弦論不甘示弱，著名弦論學者哥倫比亞大學 教授格林（Brain Greene）在2006年10月20日《紐約時報》以長文進行反駁，題 為“弦上的宇宙：不要放棄最有希望的物理學理論”。其主要論點：弦論繼承愛 因斯坦未竟之遺志，積累了豐富的經驗，建立起美麗而嚴密的數學體系，是統一 四種力的最有希望的理論。格林承認缺乏實驗證據是嚴重問題，他寄希望於將在 2008年開始運行的歐洲巨型強子對碰機（LHC）或許能作出支援弦論的實驗結果。 對“弦論二十多年未出成果”的批評，他嗤之以鼻。平心而論未可厚非，科學史 上難題有數百年未解的，何況目標是“萬物之理”，如輕易到手，反倒是非常奇 怪。 弦論的大問題是實驗驗證，弦的尺度是10^-35米，以實驗直接驗證，所需粒 子加速器比銀河系還大！弦論提出的一些間接實驗方案至今無一成功。 最近我對兩位作者進行專訪。我問施莫林：圈論和弦論有無共同之處？他說 ：“圈論可以幫助弦論成為不依賴於背景的理論。”我說：弦論發展出許多數學 工具，圈論可以借鑒。他表示同意。我又問：圈論的 3維空間和弦論的多維空間 是否相容？他說：“圈論並不排斥多維空間。”我再問：圈論有沒有提出可行的 實驗？他說：“預言光子速度隨其能量增大而變慢，可由天文觀測檢驗。” 我問吳易特：你對格林的反批評有何評論？他說：“格林會錯了意，施莫林 和我都沒有要求放棄弦論，只是主張給圈論等以一席之地。”弦論者常用一句話 堵批評者之口：“這是鎮上惟一的遊戲。”公然無視其他理論的存在，這種霸道 對科學發展有害。我說：你在書中批評弦論有10^500不同版本，說明弦論缺乏選 擇規則，有朝一日發現選擇規則，不同版本定於一尊，可能嗎？他說：“從歷史 看，弦論發展趨勢是版本不斷增加，這種可能性不大。”我說：科學史上的重大 突破有些出乎意料之外：19世紀末，沒人預料到量子力學的出現；20世紀初，如 愛因斯坦未提出狹義相對論，別人也會提出，但廣義相對論沒有人料到。吳易特 說：“是的！你說的可能性不能排除。”我說：如“萬物之理”確實存在，其生 母可能是弦論、圈論，或者現在還不知道的什麼論，很可能是諸論之雜交。 我問兩人對今後發展的看法，他們說：大家都在等待，企盼LHC開始運行後能 給出新的實驗結果，為基本粒子研究指明方向。吳易特加了一句：“如LHC未發現 新結果，就不知道該怎麼辦了。” 學派之間通過爭論互相砥礪，有益於科學的發展。但這次爭論有所不同，除 學術歧見外，還有社會因素。弦論是顯學，佔據一流大學物理系要津，幾乎囊刮 了這方面的研究經費。圈論等缺乏研究經費，年輕的粒子物理學家如不做弦論， 求職非常困難，資深的也難成為終身教授。 弦圈之爭公開化標誌著基本粒子研究進入戰國時代，群雄並起百家爭鳴當可 預期，這是大好事，科學從來就是在不斷挑戰和競爭中發展的。自從標準模型提 出以後，二十多年來基本粒子研究進展甚微。LHC的建成和非弦論諸學派之崛起可 能是一個轉機，我們殷切期待20世紀物理學蓬勃發展的局面能在21世紀再現。 --

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