自序 一個(gè)理論家的自白

數(shù)學(xué)家哈代同學(xué)寫過一本《一個(gè)數(shù)學(xué)家的自白》，這是通常的翻譯，嚴(yán)格地說，應(yīng)該翻譯為“一個(gè)數(shù)學(xué)家的辯解”。我沒有哈代的成就，也就只能自白而不能辯解了。

哈代寫那本書，本意是想說明研究純數(shù)學(xué)的動(dòng)機(jī)。他有英國人的貴族精神，認(rèn)為純數(shù)學(xué)的價(jià)值就是它的自身。知識(shí)不一定有用，或者說，不一定有功利的效用。

純粹數(shù)學(xué)不需要辯解，因?yàn)閷?shù)學(xué)發(fā)展的推動(dòng)除了來自其他學(xué)科的要求，還有數(shù)學(xué)本身發(fā)展的需要，這包括數(shù)學(xué)概念的自我創(chuàng)新，基于數(shù)學(xué)本身提出的難題和邏輯擴(kuò)張。

理論物理則完全不同，盡管有些時(shí)候理論物理的問題也是自身邏輯擴(kuò)張的結(jié)果（如廣義相對論），但最終要實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。不能證偽的理論不是科學(xué)。然而，我研究理論物理，起初的動(dòng)機(jī)恐怕和哈代一樣，只是出于好奇，只是覺得理論物理本身很美。因?yàn)椋瑢⑹澜缟系娜f物納入幾個(gè)原理上簡單的方程本身就是一個(gè)奇跡。這個(gè)奇跡為什么會(huì)發(fā)生，到現(xiàn)在也沒有人知道答案。

我大學(xué)畢業(yè)以后從宇宙學(xué)開始做研究，經(jīng)過超對稱、超弦，轉(zhuǎn)了一個(gè)圈子又回到宇宙學(xué)，當(dāng)然，弦論也還在做，二十多年下來，研究的基本是純理論問題。最終回到宇宙學(xué)，還是因?yàn)橄艺摪l(fā)展的結(jié)果，雖然實(shí)驗(yàn)也起了很大的作用。七八年前，宇宙微波背景輻射譜中的漲落的測量，不斷有新結(jié)果，幾乎每周都聽到新聞，自然不知不覺地對我產(chǎn)生了影響。臺(tái)大黃偉彥教授不遺余力地推動(dòng)宇宙學(xué)研究，對我再次研究宇宙學(xué)也起了很大的作用。

弦論到了21世紀(jì)，面臨很大的難題。弦論自身的確提出了很多問題，例如，如何解釋一個(gè)不為零的宇宙學(xué)常數(shù)，或暗能量？如何回答粒子物理中的問題？我們到底在容納粒子標(biāo)準(zhǔn)模型的同時(shí)，能不能夠確切地作出新的粒子物理預(yù)言？這個(gè)問題單子可以開得很長，但很遺憾，沒有一個(gè)問題在可見的未來能夠得到回答。這就是弦論目前遇到的大難題。十年前，我還在相信弦論自身的邏輯發(fā)展足以推動(dòng)弦論的發(fā)展，直到有一天我們一舉寫下基本方程，計(jì)算出一些重要的物理量?，F(xiàn)在我基本改變了看法，不覺得弦論下一步的重大進(jìn)展會(huì)來自理論自身的發(fā)展，而是覺得實(shí)驗(yàn)將起到關(guān)鍵的作用。關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)可能來自宇宙學(xué)，也可能來自LHC（即Large Harden Collider，大型強(qiáng)子對撞機(jī)），更有可能來自目前我們還不知道的某些實(shí)驗(yàn)。

所以，我經(jīng)常對我的學(xué)生說，你研究純弦論問題可以，但是要記住，你只是在研究數(shù)學(xué)物理，不是理論物理本身。數(shù)學(xué)物理有自身的價(jià)值判斷，你要按照這些價(jià)值判斷做研究，這樣才可能不至于在做不動(dòng)研究的時(shí)候突然發(fā)現(xiàn)自己做了一輩子不知所云的事情。我甚至說，如果LHC的實(shí)驗(yàn)還不能證明超對稱是存在的話，你需要打算做一點(diǎn)與物理更密切的問題了，雖然出于愛好，你還可以繼續(xù)研究純弦論問題。

什么是純弦論問題？這包括弦論的基礎(chǔ)，如何寫出弦論在不同時(shí)空中的基本方程；弦論有沒有基本原理，如果有，是什么？弦論中的一些“理想問題”，如現(xiàn)實(shí)中不存在的黑洞的量子性質(zhì)；弦論與數(shù)學(xué)的關(guān)系，特別是與微分幾何以及代數(shù)幾何的關(guān)系，等等。這些問題，一時(shí)半會(huì)兒還看不到與任何具體的物理問題有關(guān)。

弦論還有一大片研究領(lǐng)域可以稱之為應(yīng)用弦論，例如最近幾年，很多人用弦論來研究粒子物理中的強(qiáng)相互作用，這類問題完全是物理問題，可以和實(shí)驗(yàn)作直接的對比。有趣的是，弦論近來有“入侵”凝聚態(tài)物理的傾向。例如，有人用弦論來研究相對性和非相對論性流體、超導(dǎo)、其他臨界現(xiàn)象，這些研究還剛起步，但很有前途。應(yīng)用弦論正是我希望年輕的一代重視的領(lǐng)域，好在在我的鼓吹之下有一些人開始研究了。

二十多年來，我一直是一個(gè)純粹知識(shí)派，所持的觀點(diǎn)是，知識(shí)不一定要有用。這個(gè)看法到今天基本沒有改變，所改變的是策略。我不再像年輕時(shí)那樣，認(rèn)為在我自己的領(lǐng)域純粹思維可以導(dǎo)致重大進(jìn)展，作為個(gè)人，更加感到無力。我開始想做一些與物理實(shí)驗(yàn)直接相關(guān)的研究，這一方面是弦論目前處境導(dǎo)致的，一方面是覺得自己的年齡漸大，已經(jīng)沒有本錢來“享受”純粹思維的樂趣了。說得直白一點(diǎn)，就是不甘一輩子只做了也許根本與現(xiàn)實(shí)世界無關(guān)的研究，想趁還能夠做研究的時(shí)候打幾個(gè)賭，翻點(diǎn)本錢回來。盡管如此，我目前研究的宇宙學(xué)問題中有一部分在很多人眼中也還是太玄。例如我想知道宇宙大爆炸的起源，我想知道在我們的視界之外還存不存在其他宇宙區(qū)域，其中物理規(guī)律可能和我們這個(gè)區(qū)域完全不同。我還想知道物理常數(shù)是偶然的，還是邏輯上可以完全確定的，等等。這些問題看上去很玄，其實(shí)是和目前以及將來的實(shí)驗(yàn)相關(guān)的。這些問題不是我前面說的純粹弦論問題。除了我提到的宇宙學(xué)“終極問題”之外，我也研究小問題，更實(shí)際的問題。

近幾年來寫一點(diǎn)科普文章，主要?jiǎng)訖C(jī)也是想做一些對他人有用的事情，即使寫博客，也是如此。寫科普和寫博客，最好的期望是讀者能從我這里得到知識(shí)，最差也是一種有趣的交流。對我自己，其實(shí)是擴(kuò)展知識(shí)范圍的好機(jī)會(huì)。我甚至開始入侵文化領(lǐng)域，看一些文化書籍，寫一點(diǎn)評論，甚至寫點(diǎn)詩，這都是希望在完善自己的同時(shí)，為他人提供某種精神上的免費(fèi)消遣。至于能夠做到什么程度，就不是自己應(yīng)該計(jì)較的事情了。