最深处|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 )
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。
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。
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。”
对现代理论物理学现状的失望甚至成了一个公众热议的话题。在过去的大约 10 年里，数位颇有影响力的评论者把矛头指向了弦论，称其为“神话物理学”“连错都算不上”，并指责这一代理论物理学家“迷失在数学中”。现在，我们常常能在媒体上，尤其是博客圈里听到一些批评意见，抱怨说现代物理学应该回到真实科学那条笔直且狭窄的道路上。
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这种观点是错误的，并且体现了不必要的悲观情绪。我在本书中想要表达的是，如今的理论物理学家其实正走在一条完全合理且极有前景的康庄大道上。他们使用的方法在逻辑性和创造性上汲取了自艾萨克·牛顿以来数个世纪的物理学成果。牛顿建立了描述运动和引力的数学定律，就构建第一个以数学为基础且可通过实验验证的描述真实世界的框架来说，他的贡献比任何人都要大。牛顿清楚地阐明，物理学的长远目标是通过越来越少的概念掌握越来越多的宇宙知识。如今的顶尖物理学家正坚定地站在 20 世纪的两块基石上，朝着这个目标不懈努力。这两块基石正是爱因斯坦的基础相对论和量子力学。前者是对牛顿时空观的修正，后者则描述了最小尺度上物质的行为。没有任何实验能够证伪这两个理论中的任何一个，因此，它们构成了物理学研究的完美基石。
爱因斯坦经常说，量子力学和基础相对论很难融合到一起，但物理学家最终还是把它们结合成了一个理论。这个理论做出了非常成功的预测，在某个实例中与相应实验测量结果小数点后的 11 位相符。大自然似乎在清楚且大声地告诉我们，这两个理论都应得到尊重。今天的物理学家正是在这一成就的基础上展开工作的，他们坚持认为任何以普适性为目标的新理论都必须与基础相对论和量子力学相匹配。这种坚持造成了出人意料的结果：不仅催生了物理学的新进展（其中包括弦论），而且促使物理学与前沿数学之间产生了诸多联系。物理学与数学互相交织的画面从没有像现在这样清晰：基础物理学中的新概念启迪了数学中的新概念，反过来也是一样。正是出于这个原因，许多顶尖物理学家相信，他们不仅能够从实验中学到东西，还能从相对论和量子力学交汇时产生的数学结构中得到启发。
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