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「老胡说科学」从5维到26维的飞跃——?一个无名小卒是如何使弦理论成为可能的( 二 )


理论家们曾试图设计一个在时空四维空间中是单一的波美隆闭弦理论 ， 但没有成功 。 相反 ， 这个理论产生了一种叫做速子的怪物 ， 它无视因果法则 。 速子是一种粒子或场 ， 它的速度比光还快 ， 并且在时间上向后运动 。 虽然一些研究人员 ， 如格雷戈里·本福德已经推测了它们的性质 ， 但它们从未被现实物理理论所接受 。 大多数物理学家认为 ， 拥有一个具有速子的物理理论的唯一可行的方法是它们与该理论分离 ， 这意味着它们不会影响由该理论产生的可观察到的现象 ， 如截面和散射振幅 。
「老胡说科学」从5维到26维的飞跃——?一个无名小卒是如何使弦理论成为可能的
本文插图
科学哲学家约翰·诺顿在这张图中描述了速子的矛盾本质
恍然大悟的那一刻 ， 洛芙莱斯突然意识到解决问题的办法就在眼前 。 假设人们放松了弦存在于四维世界的假设 。 他把他们周围环境的维度越调越高 ， 发现恰好在D = 26时 ， 速子问题消失了 ， 统一性恢复了 。 他几乎不相信这样一个奇怪的结果 。
他知道 ， 早期的统一自然法则的尝试有时会利用一个看不见的额外维度 。 西奥多·卡鲁扎和奥斯卡·克莱因的工作独立地利用第五维度 ， 在广义相对论的延伸中 ， 努力将引力与电结合起来 。 甚至爱因斯坦在20世纪30年代和40年代早期也尝试过五维统一 ， 但后来他放弃了这一想法 ， 转而采用其他统一方法 。 然而 ， 这是一个相当大的飞跃 ， 从5维到26维；后者似乎高得离谱 。
1970年12月 ， 拉夫莱斯在普林斯顿的一次研讨会上做了一次关于他的工作的报告 。 事情进展并不顺利 。 “我记得它的信号很差 ， ”洛夫莱斯说 。 “我把这26个维度当成了一个笑话 ， 它确实能带来笑声 。 ”
尽管如此 ， 他还是将他的研究结果发表在了一篇题为《波美隆形式因素与双重雷吉削减》的论文中 。 它出现在1971年的《物理评论快报》上 。 虽然“认为这很愚蠢”他把D = 26的结果埋在了论文的最后 ， 但弦理论家注意到了这一点 ， 他们都惊呆了 。
“洛夫莱斯的论文让所有人都大吃一惊 ， ”当时在普林斯顿的加州理工学院物理学家约翰·施瓦茨在2000年的一次演讲中回忆道 ， “因为在那之前 ， 没有人考虑过让时空的维度不为4 。 ”毕竟 ， 我们在做强子物理 ， 4肯定是正确答案 。 ”
「老胡说科学」从5维到26维的飞跃——?一个无名小卒是如何使弦理论成为可能的
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施瓦茨成为超弦理论的主要开发者之一 。 超弦理论是弦理论的一个版本 ， 它不仅用弦来模拟载体 ， 也用粒子来模拟载体 。 超弦利用了超对称性——一种将代表力的场转换成代表粒子的场的假设方法 ， 反之亦然 。 该理论的一个好处是 ， 它自然地预言了带有自旋为2的量子性质的力载体的存在 。 自旋两个场符合引力子的特征 ， 引力子是引力相互作用的载体 。 因为这个原因 ， 超弦被视为一种可能的途径 ， 来统一所有的自然力：重力、电磁力、强力和弱力 。
研究人员得出了超弦理论一致的量纲 。 结果是D = 10 。 也许 ， 如果洛夫莱斯没有得出他早期的结论 ， 那么观察如此之多的维度的想法就会显得很荒谬 。 然而 ， 以26为比较 ， 10似乎更合理 。 m理论后来又增加了一个维度 ， 将11作为标准 。 除了4个维度外 ， 其他维度都是卷曲的或无法进入的；这就是为什么我们不能直接体验它们 。
拉芙莱斯于1971年搬到罗格斯大学 ， 尽管没有博士学位 ， 她还是获得了一个教授职位 。 在他的整个职业生涯中 ， 他一直呆在那里 ， 努力研究各种不同版本的弦理论的细微差别 ， 而他的长尾小鹦鹉则用它们自己的一种线来玩 。 他的CD播放机里播放着弦乐四重奏的旋律 ， 充满了他沉思的空间 。 虽然和爱因斯坦一样 ， 他从未实现过统一 ， 但他在这个过程中找到了巨大的乐趣 。


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