我该思考量子引力吗？

约翰·贝兹 作

2008年

左  芬  译

物理学中的一大难题——或许是最难的！——是弄清楚我们当前最好的两个理论如何融合在一起。一方面我们有标准模型，它试图解释引力以外的所有力，并且把量子力学考虑在内。另一方面我们有广义相对论，它试图解释引力，但没有考虑到量子力学。两个理论看起来都大致在正确的轨道上——可是除非我们以某种方式把它们融合起来，或者完全舍弃一个甚至两个，我们的世界观将会是极度分裂的。

看起来合理的是，作为迈向正确方向的一步，我们必须想出一个考虑了量子力学在内，但当我们忽略量子效应（在很多情形下都应该很小）时约化到广义相对论的引力理论。这就是人们说起“量子引力”时的用意——对这样一种理论的追求。

最流行的量子引力方案是弦理论。尽管经过许多非常聪明的头脑长达数十年的艰辛研究，这一理论是否称得上是成功的仍然很不清楚。它没有做出任何已被实验检验的预言。实际上，它没有做出过任何我们有望在不远的未来可以检验的预言！在日内瓦附近的大型新粒子加速器上发现某种类型的粒子可以视为部分验证，但弦理论对我们所应预期的细节言之不详。事实上，由于研究者们发现弦理论模型具有广袤的“景观”，要从这一理论中提炼出具体的预言已经越来越难了。

80年代的时候，我还只是一个博士后，就决定要研究量子引力。这一重大难题的魅力似乎令人难以抵御。弦理论那时很受欢迎，但我对它表示怀疑。当我获悉由阿希提卡、罗维利和斯莫林所开辟的一种被称为圈量子引力的另类方案时，为之兴奋不已。

圈量子引力没有弦论那么大的野心。它并不指望成为一种“万物理论”，而只是力图成为一种某物理论：也就是说，量子引力的理论。

于是，我跳上了这趟列车，并且在之后差不多十年里对我们所取得的进展感到非常开心。一幅美妙的图景展现出来了，其中时空在极小距离尺度下就像随机的“泡沫”，并且服从量子力学的定律。

我们可以写出很多这种一般类型的理论。然而，我们从未能找出一种来，使得广义相对论会作为它在大距离尺度下的良好近似而突现出来——好比说是，从远处去看量子肥皂泡，它近似于一个光滑曲面。

我帮我的同行丹·克里斯坦森和格雷格·伊根做了大量电脑模拟来研究这一问题。我们的大多数结果与所有人的预期完全背道而驰。而雪上加霜的是，我们的工作做得越多，我越意识到我不清楚究竟应该问何种问题！很难弄清计算什么才能检验一个量子泡沫在竭力模拟广义相对论。

大约在这时，弦理论家们注意到圈量子引力的人们和其他批评者——部分地因为彼得·沃特的博客，他的书《非关对错》，以及李·斯莫林的书《物理学的困惑》。弦理论家们可接受不了这类批评。某种“弦-圈战争”爆发了。物理学家们为选择拥护哪一个阵营而承受了巨大的压力。人们情绪激动。

杰伦·拉尼尔是这么说的：“你会得出这样的印象，在没有任何实验数据可能解决量子引力的纷争的情况下，一些物理学家已经坚持了这么久，以致他们都有些发疯了。”而更令人沮丧的是，随着这场论争的白热化，宇宙学家们正到处做出精彩绝伦的发现，得到关于暗能量，暗物质和暴胀的精确数据。可这些数据全都不能解决这场弦-圈战争！为什么？因此这两个竞争的理论都无法就宇宙学家们所测量的数值做出预言！两者都太弹性了。

我意识到我对任一个理论都没有足够的信心而得以参与到这些激烈的论争中。我也意识到还有其他问题可以着手干：在这些问题中，我可以切实说出什么时候我在正确的轨道上；在这些问题中，研究者们合作多于攻击。于是，我最终决定退出量子引力的研究。

这么做是非常痛苦的，因为量子引力数十年来就一直是我的圣杯。在你说服自己想要倾尽毕生精力来研究某个问题之后，你很难再改变主意。不过当我最终这么做的时候，感到彻底地自由了。

我不会要求任何其他人放弃量子引力的研究。某一天，某个人会取得真正的进展。如果这样，我可能甚至会重新加入这一主题。不过目前来说，我在思考其它事情。并且，我正在理解宇宙上取得比以往更加实际的进展。