作者
何偉雄譯
審稿&編輯 金壯偉
特邀審稿人張建東
愛德華·威滕（ ）是一群隱居在校園這個偏遠樹木繁茂的地方的杰出理論化學家中最杰出的人之一。 威滕是唯一一位獲得物理學最高獎菲爾茲獎的化學家，他還因發現M理論而受到贊譽，該理論被認為是統一數學的“萬物理論”的首次發現。 候選人。 作為天才中的天才，維滕有著一張非凡而威嚴的知性面孔——他總是沉迷于無比具體的思想。
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維滕的研究工作在過去的六年里極大地推動了理論化學的發展，其中最廣為人知的應該是神秘的M理論。 自愛因斯坦以來，杰出的數學家們仍在尋找一種日益基礎的量子理論來統一引力和其他基本力，并取代愛因斯坦的“引力的本質是時空的曲率”（即廣義相對論）的近似形象。 M理論是現有理論中最好的候選者，但我們對它仍然知之甚少。 威滕于1995年提出M理論，通過“對偶性”將所有五種弦理論統一在同一物理結構中。 后來，他和其他研究人員發現，弦論和量子場論在物理上也是并行的（弦論認為物質的基本成分是微小的弦，而量子場論是粒子化學的“標準模型”語言）。 ，描述物質場中基本粒子的運動）。 雖然威滕以弦理論家的身份而聞名，但他還在量子場論方面做出了許多新發現，但研究了它們之間的關系。 據悉，他對數學的洞察力也使他多次在物理學方面取得重要發現。 因此，他被譽為物理化學領域的“教皇”。 相關領域的研究人員會仔細閱讀他的作品，希望他對他的工作產生興趣。 盡管 66 歲的威滕擁有不可否認的學術影響力，但他并不經常公開談論他對當代理論發現的看法。
明年春天訪問斯坦福期間，我在高等研究院的中央草坪上遇見了維滕，并提出了采訪請求。 他語速很快，聲音沙啞，回答說他不能保證回答我所有的問題，但會盡力。
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十月的一個星期四，我按照約定來到了威滕的辦公室。 辦公室里沒有其他人，辦公室的門半開著，上面的椅子上鋪滿了文件——不是堆在一起，而是散落在椅子上，四面八方，有幾頁紙已經快要掉到地上了。向上。 （威滕后來解釋說，他在寫完/讀完論文后就把它堆在這里。）他的書柜上掛著全家福，辦公室的墻上掛著女兒的藝術作品，包括慶祝他祖父母的作品。 節日。 幾分鐘后，威滕到達了，我們花了一個半小時討論了化學和物理中并行性的含義、M 理論的前景以及他所讀到的和想到的內容。
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問：化學家最近開始關注排列，您已經研究它好幾年了。 您為什么對這個問題感興趣？
A：我們在對比中不斷有新的發現。 類比很有趣，因為它們經?；卮疬@些棘手的困境。 例如，你可能花了很多年思考某種量子理論量子物理是什么專業學的，你也了解當量子效應很小時會發生什么，當量子效應很大時會發生什么？ 你無法從教科書上學到這一點。 如果你試圖深入研究這個問題，你一定會遇到麻煩。 但排比往往可以回答這類問題，它們給出了問題的另一種表達形式，而在新的敘述中，難題往往迎刃而解。
問：您能否針對并行性的新發現舉一些反例？
A：我們發現了很多不同的對齊方式，包括規范場理論之間的對齊方式、弱耦合弦理論和強耦合弦理論之間的對齊方式，以及著名的AdS/CFT對齊方式，也就是規范場理論和引力之間的關系。 之間的比例。 AdS/CFT 排名是 20 年前發現的，但令人驚訝的是它至今仍然給我們帶來巨大的啟發。 這很大程度上歸功于大約10年前使其重新煥發活力的一些新見解——量子場論中對熵的新理解，“它始于量子比特”。
AdS/CFT 排列將反德西特時空（反德）中的引力理論與描述該區域邊界的量子場論等同起來。 AdS 時空——由于維度較高，通常被稱為“塊體”——所有信息都被編碼在較低維度邊界上粒子之間的量子相互作用中，就像全息圖一樣。 為此，AdS/CFT 為化學家提供了對引力量子本質的“全息”理解。
問：也就是說，時空和其中的一切就像全息圖一樣，是從量子糾纏態存儲的信息中顯現出來的。
答：是的。 物理學中的一些對齊也可以解釋為數學中兩個量子場論之間對齊的結果。 相互關系的形式多種多樣，任何快速、簡單的結論都是不完整的。 你必須想象一個不同連接的網絡，其中相同的數學問題有不同的陳述并闡明不同的屬性。 在最簡單的情況下，只有兩個重要的敘述，但這已經足以回答問題了。 如果你讓我舉一個復雜的例子，那就太多了。
問：考慮到如此復雜的連接網絡以及描述所有比對的難度，您認為這是否反映了對整體結構缺乏了解量子物理是什么專業學的，或者只有當網絡復雜時我們才能看到它的結構？
答：我不確定。 按照傳統的方法，我們首先建立經典場，然后將其量子化，得到量子場。 但現在我們知道，在很多情況下這些做法是行不通的。 并且同一個量子理論可能源自不同的經典理論。 內森·塞伯格（理論化學家，威滕的朋友）可能會告訴你，他相信有一個更好的量子場論可以讓事情變得更清楚，只是我們還不知道。 說實話，我也不確定，我覺得這是一個夢想，而目前來看，似乎有點遙不可及。
您可能還感興趣的是，量子場論對于數學和化學都很重要。 而數學家很難用嚴格的物理理論來研究化學家定義的量子場論。 非常奇怪的是，世界是建立在如此復雜的物理結構之上的。
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問：您如何看待物理和化學之間的關系？
答：我不想給出籠統的答案，我們來談談我們目前的情況。 量子場論和弦論的數學蘊藏著許多物理學之謎，但我們仍然不知道如何系統地提取它們。 化學家總是能夠想出令物理學家驚訝的東西，因為它們很難用已知的物理學語言來描述，所以你必須從數學的角度來理解量子場論。
我不認為有一種新的通用方法。 我知道量子場論的標準方法存在缺陷，所以我們至少可以希望找到新的方法來描述這些理論。 但我很難想象那會是什么樣子。
問：你完全想象不到嗎？
答：是的。 這是一個有趣的巧合，傳統上，相互作用的量子場論被認為只存在于我們生活的四維時空中。但在 20 世紀 90 年代，弦對準的一個分支發現量子場論可以同時存在于五維和六維時空。 不幸的是，我們對它們的特性知之甚少。
問：我聽說了神秘的 (2,0) 理論，這是一種描述六維時空粒子的量子場論，它與描述七維 AdS 空間中的弦和引力的 M 理論對偶。 (2,0) 理論在對齊網絡中重要嗎？
A：是的，這是一個非常前沿的理論。 沒有比傳統的量子場論更好的理論來描述六維之外的情況了，因為傳統的量子場論沒有考慮重力。 從六維（2,0）理論出發，可以得到四維乃至更低維度上的大量重要的并行性及其性質。 然而，雖然我們對量子場論的理解一般來自于經典場論的量子化，但我們尚未找到(2,0)理論的經典對應關系。 (2,0) 理論的一些性質，例如對稱性的組合，是相當奇怪的。 所以你可能想知道為什么并行性存在，這對我來說是一個越來越基本的問題，為什么會有這樣一個具有這些特殊屬性的六維理論。
問：并行性允許我們用完全不同的方式描述同一個系統，但這也讓我們很難理解“什么是真實的？”的問題。 你怎么認為？
答：我可以告訴你的是，一般來說，當存在并行性時，在一種敘述中很容易的問題在另一種敘述中就會顯得很困難。 例如，使用牛頓熱來描述你和我的日常運動是相當簡單的。 而如果我們生活的世界有一個截然不同的平行“兄弟”，事實上化學家考慮的一些事情在哪個世界就會變得更加清晰，而我們的日常生活也會顯得難以形容。
M理論的發展
問：有一種更開放的觀點，認為存在一種萬能的量子引力理論。 你怎么認為？
答：不幸的是，我認為即使這些觀點是正確的，我也不能保證它們會對我們有所幫助。 因為我們現在的理論雖然不完整，但是已經解釋了相當多的現象了。 所以即使有越來越完整的描述，也很難說它到底帶來了多少。
問：你指的是M理論嗎？
答：M 理論只是一種候選理論。
問：您22年前就提出了M理論，目前它的發展狀況如何？
答：我個人覺得早在22年前我們就很確定M理論的存在，但現在人們對它更有信心了，因為AdS/CFT至少給出了AdS時空幾何中M理論的明確定義。 但是，我認為我們對理論的理解還不夠。 與22年前相比，理論發展主要集中在AdS/CFT及相關內容。 但我相信這只是一方面，一定還有其他重要的方向。
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問：你能舉一個反例嗎？
答：例如，時空本身的量子特性的大量描述。 多年來，我們在這方面取得的進展甚微。 我想這可能是因為答案與我們熟悉的不同。 事實上，這只是我的猜測。
問：那么您認為它會有何不同？
答：這很難說。 我懷疑它會變得更加具體。 我傾向于認為，不僅是一些已知的特殊情況，時空也沒有精確的量子描述（例如，我們知道AdS空間中確實存在這樣的描述）。 但我無法做出更多預測。
一切都是從量子比特開始的？
威滕：不久前，我讀到了耶魯大學化學家 John 在上世紀寫的一篇老文章（,,:），在這篇 1989 年完成的文章中， 提出了“一切都始于比特”，即數學宇宙起源來自信息）。 他很有遠見，但文章寫得含糊不清。 如果我在 30 年前讀過這篇文章，我可能會拒絕這個觀點，因為它太模糊了，無法考慮，盡管他是對的。
問：您閱讀這篇文章的目的是什么？
答：我想知道當人們說“一切都歸功于量子比特”時，他們的意思是什么。 惠勒曾經說過，“一切都始于比特”，當他寫下這句話時，“量子比特”這個詞可能還不存在。 但當我讀到這篇文章時，惠勒似乎在談論“量子比特”而不是比特。 所以“一切都始于量子比特”實際上只是一個現代說法，基本上是惠勒當時的思想。
我不會得出惠勒是對還是錯的結論。 當我剛開始讀研究生時，大學舉辦了一系列講座，向新生介紹理論研究的前沿，其中一位演講者是惠勒。 他在黑板上把宇宙畫成一只耳朵凝視著自己的耳朵，但我當時不明白他在說什么。 事后看來，我意識到他正在解釋當觀眾本身是量子系統的一部分時我們如何談論量子熱。 我認為我們還沒有理解它的深刻含義。
問：觀測本身不可逆地改變了量子系統，造成了過去和未來的差異。 所以觀眾的問題可能在某種程度上與時間問題有關。 通過 AdS/CFT 對齊，我們了解到新的空間維度可以從邊界處的量子信息（如全息圖）中出現。 你是否覺得時間也在涌現——它始于一些永恒的量子熱敘述？
答：我傾向于認為時空和其中的一切在某種意義上都是涌現的。 惠勒在他的文章中已經預測到了這一點。 他覺得在數學和物理學中，連續性的概念都是不精確的。 他認為使用任何連續性概念——連續時間、連續空間、連續實數——來提供時空的微觀描述都是有問題的。 關于時間和空間，我同意他的觀點。 至于實數，我很難判斷，這就是我想知道的。 我與一位邏輯學家進行了討論，試圖理解其中的含義，但沒有幫助。
問：你認為惠勒是英雄嗎？
A：我不會稱他為英雄。 我只是好奇他說“一切都從位開始”是什么意思。 他的觀點是有遠見且超前于時代的。 我覺得我現在會更有耐心去讀這樣的文章，雖然說的不是很清楚，但是能給我帶來啟發和啟發。 這篇文章有大約 100 個參考文獻，所有這些看起來都很有趣。 閱讀全部內容可能需要幾周的時間。 我想我會選一個部分來讀。
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問：為什么你現在更有耐心去讀這樣的文章了？
A：當我年輕的時候，我仍然覺得我接下來做的事情可能是我一生中最重要的事情。 現在，我的看法發生了一些變化。 花一點時間閱讀別人的文章也是有益的。
問：與惠勒的風格不同，您使用估算來獲得深刻的見解。
A：我只能實現小飛躍，而惠勒的想法是一個飛躍：他在文章開頭說，他不知道是否需要10年、100年或1000年來驗證這個想法。
問：他試圖解釋化學是如何由信息形成的。
答：是的。 他的主張變得更加宏大：他想解釋存在的意義。
問：惠勒對此有什么猜測嗎？
A：不，他只是在討論我們應該做什么和不應該做什么，以獲得更基本的數學描述。
Q：您對于存在的意義有何看法？
答：沒有（笑）。
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