今天看到紐約人雜誌和 Physics Today 同時刊登了針對超弦理論的措辭強硬的文章。我感到這個物理學中最性感的理論很可能正在經歷一場政治危機。這兩篇文章都可以在網上看到：
　　http://www.newyorker.com/printables/critics/061002crat_atlarge
　　http://www.physicstoday.org/vol-59/iss-10/p8.html
　　不知道各位看了這兩篇文章有什麼感覺。我想談一點想法，首先順便把超弦理論的現狀學習一下。
　　
　　物理學家追求一個統一理論，或者說“終極理論”，a theory of everything，我理解說統一也就是四種相互作用的統一。1970年代電磁，強，弱，這三種理論同意在標註模型之下。標準模型是個非常成功非常精確的理論，但是無法把引力也統一進去。也就是說在微觀尺度有標準模型，在大的宏觀尺度有廣義相對論，但是二者無法統一起來。
　　為什麼一定要把引力跟標準模型統一，實際的需要是在早期宇宙，比如說暴漲之前的時空奇點，尺度那麼小所以一定是量子力學的，但是質量又那麼大引力不可忽略，所以兩個理論必須同時起作用，可是現在我們的兩個理論都假設對方不存在。
　　可能在某些物理學家看來更重要的原因是不統一的理論缺乏美感。宇宙就好像圍棋一樣，雖然戰術非常複雜，但是規則應該是簡單的。物理學家的夢想是找到一組能夠完美描寫物理定律的方程，這組方程應該是非常簡單而和諧的，以至於可以印在T恤衫上。目前的標準模型就是個醜陋的理論，它有20多個參數需要靠試驗測定，一個理想的理論應該可以自己計算出來這些參數，比如為什麼精細結構常數差不多等於1/137，最好就沒有什麼需要輸入的參數。
　　
　　超弦是現在看來的唯一希望。這個理論說基本粒子就好像蜷曲的琴弦，弦的不同震動模式對應於不同的能量。。。這個理論的一個好處是解決了方程的發散問題。超弦理論還要求空間是9維或者10維的，除了我們所見的三維之外其他的都太小目前不可觀測。這個理論聽起來有點怪異但是在數學上是和諧的。一開始的時候一共有至少五種不同的超弦理論，一直到1995年 Witten 指出這五種理論實際上可能統一於一個更深刻的理論，也就是 M-theory，這個理論說弦不一定是一維的，也可以是膜，也就是 brane.
　　這差不多就是我以前所知道的超弦理論。當時我記得看《科學美國人》上面一篇文章惡搞牛頓的名言說，在21世紀的物理學家看來20世紀的物理學家就好像在海邊玩耍的小孩子，偶然被超弦貝殼所吸引，卻忽視了他們背後 M 理論的汪洋大海。M 被 Witten 解釋成可以代表 magic, mystery, membrane，有些物理學家認為應該代表 matrix 或者 mother, 我記得同學說他認為應該代表 Mathematics。格拉肖調侃說 M 是不是 Witten 的 W 倒過來啊，居然有人惡搞說 M 代表　masturbation。
　　
　　這個理論有兩個問題，現在正在受到攻擊。從這兩篇文章來看，可能目前的情況是這樣的：
　　
　　首先超弦不能在實驗上檢驗，因為沒有加速器能達到那麼高的能級。這還不是主要的，最大的問題是超弦理論的解有無窮多種（這是physics today的說法，紐約人雜誌的說法是10^500個），這些解在數學上都是對的，解的集合稱為“landscape”,問題是我們的宇宙只有一個。超弦物理學家對此的解釋居然是人則原理：這些不同的宇宙都存在，我們只不過碰巧生活在其中一個適合人類生存的宇宙之中罷了。
　　其實即使考慮人則原理解也不是唯一的，今年在PRD上的一篇文章就構造了一個其它方面跟我們一樣但是若耦合常數為0的宇宙，並證明這個宇宙同樣適合人類生存。
　　如果解不唯一，超弦理論就有一點“後現代”的味道，因為傳統上認為科學必須是可證偽的，現在你說這麼多宇宙類型都可能，又無法對我們的宇宙做出任何預言，到底是 a theory of everything 還是 a theory of nothing 啊？這是玩數學不是玩物理。
　　霍金今年在PRD上發了一篇文章，看起來有點希望。這篇文章中霍金猜測也許可以用外加邊界條件的辦法說明這些解的概率分布不同，也許可以證明我們的宇宙存在的概率比其它的解要大一些。
　　
　　超弦的另一個問題是既然不能追求真實，乾脆追求美感，好的理論是美的理論，美的理論就是正確的理論。一個常用技術是要求對稱性，比如說超對稱。比如計算中發現某個量發散，就看看能不能通過要求一種對稱性來使這個量變小。Physics Today 文章把這個技術叫做 naturalness，並指出這個思路可能是錯誤的。他舉例說當年大家曾經想通過尋找對稱性的方法來使宇宙常數等於零，但最近發現宇宙膨脹正在加速這一事實說明宇宙常數不是零，而是一個很小的數字。如果你總去尋找對稱性你可能在錯誤的方向上。
　　另外說美什麼叫美？沒有相對論的時候難道大家不覺得牛頓力學很美麼？如果說對稱才叫美現在的情況是對稱性要求可能是錯的，等到2008年 CERN 的 Large Hadron Collider 開始工作就會證明超對稱到底有沒有。
　　
　　既然超弦有這麼嚴重的問題，30多年沒有突破性進展，為什麼到現在這麼多人還在搞，而且還是主流？因為沒有人有機會去嘗試別的理論。每年差不多有80個粒子物理phd畢業，其中只有10個人最終可以找到一個終身職位，競爭是相當激烈的。大牛人都在做超弦，如果你想獲得認可你唯一的辦法就是發表超弦論文。
　　超弦行業就好像是一個教派。這個理論已經存在了如此長的時間，都是一些猜想，但是裡面的人都相信，沒人敢於質疑。有人調侃說，還不如直接說我們這是基於信仰的科研，沒準更容易得到布什政府的經費支持。
　　真正推動物理學發展的是那些有眼光的思想家，但是現在的學術系統選拔的是玩數學有技術的手藝人。
　　
　　我看到這兩篇文章有點震驚，跟我老闆閒聊說，做超弦也花不了多少經費，誰願意做就做，何必如此攻擊人家呢？ 我老闆一句話我就明白了：因為大學物理系的職位被大量做超弦的人所占據。
　　原來這兩篇文章所針對的是“超弦既得利益集團”啊！
　　
　　現在我們需要一點魔鬼經濟學（Freakonomics）了。既然是競爭激烈年輕人必須做超弦，為什麼那些功成名就的人不去嘗試點別的？
　　答案還是incentive，也就是科研經費。你寫proposal申請經費，比較容易獲得批準的辦法是先說這個領域已經做到什麼程度了，我在此基礎上打算怎麼做，人家覺得你有譜，容易批。如果你上來說我有一個全新的思想，人家以為你是民間科學家。即使是已經成名的人可能也不願意冒這個險。
　　
　　別的領域搞什麼研究項目一般是由市場或者國家需要來決定的，但是理論物理領域似乎不太一樣。當年申請建費米實驗室，物理學家被要求說明這個實驗室對國防有什麼幫助。物理學家是這麼回答的：跟國防沒有直接關係，但是建成之後可以增加我們國家的榮耀，從而使這個國家更值得去防衛。
　　現在物理學家說我們要搞統一理論，很可能政府也不知道這東西到底有什麼用，但是長遠考慮沒準有用呢。我的博士導師曾經有一次跟我說，能源部居然給搞超弦的人經費。我說是啊他們還挺有遠見的。我老闆說不是，我的意思是說我很驚訝搞超弦也能拿到經費！
　　
　　我想正是因為發經費的人也不特別知道為什麼要發這個經費，這一領域的研究完全是自己推動自己，自圓其說，很像數學，也好像一個教派一樣。