撰文
翻譯何偉雄
在這個(gè)坐落校園內(nèi)偏僻的樹(shù)林邊的地方“隱居”著一群卓越的理論化學(xué)學(xué)家，而愛(ài)德華?威滕（）則是其中最為杰出的一個(gè)。威滕是惟一獲得物理界最高獎(jiǎng)項(xiàng)——菲爾茲獎(jiǎng)的化學(xué)學(xué)家，他也因發(fā)覺(jué)M理論而著稱——M理論被覺(jué)得是統(tǒng)一數(shù)學(xué)學(xué)的“萬(wàn)有理論（of）”的第一候選。作為一個(gè)天才中的天才，威滕臉上帶著超凡端莊的知性——他總是沉溺在無(wú)比具象的思索中。
圖片來(lái)源：Jean
威滕的研究工作極大地促進(jìn)了理論化學(xué)近幾六年的發(fā)展，其中最為人熟知的應(yīng)當(dāng)就是神秘的M理論。自愛(ài)因斯坦以來(lái)，杰出的數(shù)學(xué)學(xué)家們?nèi)匀欢荚谡覍ひ环N愈發(fā)基本的量子理論，來(lái)統(tǒng)一引力與其他基本力，并代替愛(ài)因斯坦關(guān)于“引力的本質(zhì)是時(shí)空彎曲“（也就是廣義相對(duì)論）的近似圖像。M理論就是現(xiàn)有理論中最佳的候選者，但目前我們對(duì)此仍知之很少。威滕在1995年提出了M理論，通過(guò)“對(duì)偶”將所有五種弦理論統(tǒng)一在了同一個(gè)物理結(jié)構(gòu)中。而后，他和其他研究者又發(fā)覺(jué)，弦理論與量子場(chǎng)論在物理上同樣互為排比（弦理論覺(jué)得物質(zhì)的基本組成元素是細(xì)小的弦，而量子場(chǎng)論則是粒子化學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的語(yǔ)言，描述在物質(zhì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的基本粒子）。威滕在以弦理論學(xué)家的身分蜚聲的同時(shí)，還作出了許多量子場(chǎng)論的新發(fā)覺(jué)，但是研究它們之間的關(guān)聯(lián)。據(jù)悉，他在數(shù)學(xué)上的洞察力也使他屢次在物理上作出重大發(fā)覺(jué)。因此，他被譽(yù)為物理化學(xué)界的“教皇“。相關(guān)領(lǐng)域的研究者們就會(huì)仔細(xì)通讀他的工作，并希望他能對(duì)自己的工作形成興趣。雖然有著不容指責(zé)的學(xué)術(shù)影響力，66歲的威滕并不常常發(fā)表他對(duì)當(dāng)代理論發(fā)覺(jué)的看法。
在明年春天對(duì)斯坦福訪問(wèn)中，我在高等研究院的中央草皮上見(jiàn)到了威滕，并提出了訪談的懇求。他語(yǔ)速極快，嗓音沙啞，回復(fù)說(shuō)不能保證回答我的全部問(wèn)題，但會(huì)努力試試。
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10月的一個(gè)禮拜四，我如約來(lái)到了威滕的辦公室。別人不在，辦公室的門(mén)半開(kāi)著，上面的椅子上布滿了論文——不是堆在一起，而是散亂地?cái)傇谝巫由希鱾€(gè)方向的都有，有幾頁(yè)早已快要掉到地板上了。（威滕后來(lái)解釋說(shuō)，他寫(xiě)完/讀完論文后就隨手堆在這兒。）他的書(shū)柜上擱著家人的相片，辦公室墻壁還掛著女兒們的藝術(shù)創(chuàng)作，其中一幅是慶賀祖父親節(jié)的。幾分鐘后，威滕來(lái)了，我們花了一個(gè)半小時(shí)聊了化學(xué)學(xué)和物理中排比的意義，M理論的前景，以及他的所讀所想。
排比之網(wǎng)
Q：近來(lái)化學(xué)學(xué)家們開(kāi)始關(guān)注排比，而您研究它早已幾六年了，您為何對(duì)這個(gè)問(wèn)題感興趣呢?
A：我們不斷地在排比中獲得新發(fā)覺(jué)。排比性之所以有趣，是由于它們常常可以回答這些棘手的困局。例如說(shuō)，你可能早已花了很多年來(lái)思索某個(gè)量子理論，你也明白當(dāng)量子效應(yīng)很小的時(shí)侯會(huì)有哪些現(xiàn)象，并且量子效應(yīng)很大時(shí)會(huì)如何樣？你不可能從教科書(shū)了解到這種。假如你想對(duì)此進(jìn)行深入研究，就肯定會(huì)碰到麻煩。但排比常常可以回答這種問(wèn)題，它們給出問(wèn)題的另外一種抒發(fā)形式，而在新的敘述中，困難往往迎刃而解。
Q：關(guān)于排比中的新發(fā)覺(jué)，您能舉幾個(gè)反例嗎?
A：我們找到了好多不同種類的排比，有規(guī)范場(chǎng)論之間的排比，有弱耦合弦論與強(qiáng)耦合弦論之間的排比，還有知名的AdS/CFT排比，這是規(guī)范理論與引力之間的排比。AdS/CFT排比早在20年前就被發(fā)覺(jué)了，但是令人驚訝的是，它如今仍然給我們帶來(lái)好多啟發(fā)。這很大程度上是由于大概10年前，一些新的看法使它重新迸發(fā)了活力——人們對(duì)量子場(chǎng)論中的熵有了新的認(rèn)識(shí)，“它始于量子比特”。
AdS/CFT排比將反德西特時(shí)空（anti-de）中的引力理論等價(jià)于一個(gè)描述該區(qū)域邊界的量子場(chǎng)論。AdS時(shí)空——通常稱為“bulk”，由于它在更高維——中的一切信息被編碼在更低維邊界上的粒子間量子互相作用中，如同全息圖一樣。為此，AdS/CFT為化學(xué)學(xué)家提供了對(duì)引力量子本質(zhì)的“全息”理解。
Q：這就是說(shuō)，時(shí)空和其中的一切猶如全息圖一樣，從儲(chǔ)存在量子糾纏態(tài)中的信息中涌現(xiàn)下來(lái)。
A：是的。物理中有些排比也能被解釋為數(shù)學(xué)上兩個(gè)量子場(chǎng)論之間排比的結(jié)果。它們之間相互聯(lián)系的形式十分多樣，所以任何一個(gè)快速得出的簡(jiǎn)單論斷都是不完整的。你必須想像一張由不同聯(lián)系構(gòu)成的網(wǎng)路，其中相同的數(shù)學(xué)問(wèn)題有著不同的敘述，而且闡明了不同的性質(zhì)。最簡(jiǎn)單的情況中只有兩種重要的敘述，但對(duì)于回答這一問(wèn)題早已足夠了。假如你要讓我列舉一個(gè)復(fù)雜的事例，那可就太多了。
Q：考慮到這樣復(fù)雜的聯(lián)系網(wǎng)以及描述所有排比的困難程度，您是否認(rèn)為這反映了我們?nèi)鄙賹?duì)整體結(jié)構(gòu)的理解，還是說(shuō)只有在這張網(wǎng)路十分復(fù)雜時(shí)，我們就能看見(jiàn)它的結(jié)構(gòu)?
A：我不確定。按照傳統(tǒng)的做法，我們先是建立精典場(chǎng)，然后對(duì)其進(jìn)行量子化，得到量子場(chǎng)。但如今我們曉得，在好多情況下這些做法并不適用。而同樣的量子理論可能源自不同的精典理論。內(nèi)森?塞伯格（，理論化學(xué)學(xué)家，威滕的朋友）很可能告訴你，他相信會(huì)有一個(gè)更好的量子場(chǎng)論可以讓一切顯得愈發(fā)清晰，只不過(guò)我們?nèi)缃襁€不曉得。說(shuō)實(shí)話我也不確定，我覺(jué)得這是一個(gè)夢(mèng)想，而目前看來(lái)，它還有些遙不可及。
還有一點(diǎn)你可能會(huì)感興趣，那就是量子場(chǎng)論除了對(duì)化學(xué)學(xué)十分重要，它對(duì)數(shù)學(xué)也很重要。并且對(duì)數(shù)學(xué)家來(lái)說(shuō)卻很難用嚴(yán)格的物理理論來(lái)研究化學(xué)學(xué)家所定義的量子場(chǎng)論。這是十分奇怪的，世界竟是構(gòu)建在一個(gè)這么復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)之上。
圖片來(lái)源：Jean
Q：您對(duì)于物理與化學(xué)之間的關(guān)系如何看？
A：我不想給出一個(gè)籠統(tǒng)的答案，還是說(shuō)一說(shuō)我們目前的狀況吧。量子場(chǎng)論和弦論的數(shù)學(xué)中包含了好多物理的奧秘，但我們還不曉得怎么系統(tǒng)地將它們提取下來(lái)。化學(xué)學(xué)家總是才能提出一些讓物理家大吃一驚的看法，由于它們很難用已知的物理語(yǔ)言來(lái)描述，所以你必須從數(shù)學(xué)的角度出發(fā)來(lái)理解量子場(chǎng)論。
我不覺(jué)得存在一種新的普適方式。我曉得什么量子場(chǎng)論的標(biāo)準(zhǔn)方式存在缺乏，所以我們起碼可以期盼能找到新的方式來(lái)描述這些理論。但我很難想像那會(huì)是哪些樣的方式。
Q：您一點(diǎn)也想像不下來(lái)？
A：是的。傳統(tǒng)上，人們覺(jué)得互相作用量子場(chǎng)論只能存在于我們所生活的四維時(shí)空中，這是個(gè)有趣的巧合。但在上個(gè)世紀(jì)90年代，弦排比的一個(gè)分支發(fā)覺(jué)，量子場(chǎng)論在五維和六維中都能存在。可惜我們對(duì)于它們的性質(zhì)所知甚微。
Q：我據(jù)說(shuō)過(guò)神秘的（2,0）理論，一種用于描述六維時(shí)空中粒子的量子場(chǎng)論，它與描述七維AdS空間中的弦和引力的M理論互相對(duì)偶。（2,0）理論在排比網(wǎng)路中很重要么？
A：是的，這是十分前沿的理論。在不考慮引力的傳統(tǒng)量子場(chǎng)論中，沒(méi)有比它更好的理論來(lái)描述六維以上的情況。從六維的（2,0）理論出發(fā)，你可以得到大量四維、甚至更低維中的重要排比及其性質(zhì)。但是，雖然我們對(duì)量子場(chǎng)論的了解一般來(lái)自精典場(chǎng)論的量子化，并且我們還沒(méi)找到（2,0）理論的精典對(duì)應(yīng)。（2,0）理論的一些性質(zhì)（例如對(duì)稱性的組合）十分奇怪。所以你可能想曉得為何排比存在，并且對(duì)我來(lái)說(shuō)為何存在這樣一個(gè)擁有這些特殊性質(zhì)的6維理論是一個(gè)愈發(fā)基本的問(wèn)題。
Q：排比讓我們可以用完全不同的方法去描述同一個(gè)系統(tǒng)，但這也讓我們很難理解對(duì)“究竟哪些是真實(shí)的？”這個(gè)問(wèn)題。您怎樣看?
A：我可以告訴你的是，通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)存在排比時(shí)，在一種敘述中很容易的問(wèn)題會(huì)在另一種敘述中顯得很難。舉個(gè)事例，用牛頓熱學(xué)來(lái)描述你我的日常運(yùn)動(dòng)是相當(dāng)簡(jiǎn)單的。而且假如我們生活的世界有個(gè)迥然不同的排比“兄弟”，其實(shí)化學(xué)學(xué)家考慮的一些事情在哪個(gè)世界會(huì)愈發(fā)清晰，而且我們的日常生活都會(huì)顯得無(wú)法描述。
M理論的發(fā)展
Q：有一種比較豁達(dá)的觀點(diǎn)覺(jué)得，存在一個(gè)全能型的量子引力理論，您怎樣看？
A：很遺憾，我想縱然這些觀點(diǎn)是正確的，我也不敢保證它會(huì)對(duì)我們有所幫助。由于雖然我們現(xiàn)有的理論并不完整，它早已解釋了相當(dāng)多的現(xiàn)象。所以即使有了一個(gè)愈發(fā)完整的描述，也很難說(shuō)它實(shí)際上能帶來(lái)多少仰仗。
Q：您是指M理論嗎？
A：M理論只是其中的一個(gè)候選對(duì)象。
Q：您在22年前就提出了M理論，它現(xiàn)今的發(fā)展?fàn)顩r怎么？
A：我個(gè)人覺(jué)得，早在22年前我們就十分確信M理論存在了，但人們現(xiàn)今對(duì)它更有信心，由于AdS/CFT起碼在AdS時(shí)空幾何中給出了M理論的明晰定義。不過(guò)，我覺(jué)得我們對(duì)理論的理解依然是不夠的。與22年前相比，理論發(fā)展主要集中在AdS/CFT和與之相關(guān)的內(nèi)容上。但我相信，這只是其中的一個(gè)方面，一定還存在其他的重要方向。
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Q：您能舉個(gè)反例嗎？
A：例如說(shuō)，對(duì)時(shí)空本身量子性質(zhì)的體空間（bulk）描述。常年以來(lái)，我們對(duì)此進(jìn)展甚少。我想這可能是由于答案和我們熟悉的認(rèn)知不同。其實(shí)，這只是我的猜想。
Q：那您猜想它會(huì)有什么不同之處?
A：這很難說(shuō)。我懷疑它會(huì)愈加具象。我傾向于覺(jué)得，不僅一些已知的特例，并不存在對(duì)時(shí)空的精確量子描述（例如，我們曉得AdS空間中的確存在這樣的描述）。不過(guò)我也無(wú)法作出更多的預(yù)見(jiàn)。
萬(wàn)物始于量子比特？
威滕：不久前，我讀了耶魯學(xué)院化學(xué)學(xué)家約翰?惠勒（John）在上個(gè)世紀(jì)寫(xiě)的一篇舊文章（,,:theforlinks惠勒在這篇完成于1989年的文章中提出了“萬(wàn)物始于比特”，也就是數(shù)學(xué)宇宙起源于信息）。他是一個(gè)富于遠(yuǎn)見(jiàn)的人，但那篇文章在文字上很含混。假如我在30年前讀這篇文章量子物理定義，我很可能會(huì)由于它太模糊、無(wú)法考量而拒絕接受其中的觀點(diǎn)，雖然他說(shuō)的是對(duì)的。
Q：您讀這篇文章的目的是哪些呢？
A：我想曉得當(dāng)人們說(shuō)“萬(wàn)物緣于量子比特”時(shí)，她們到底想抒發(fā)哪些。惠勒曾說(shuō)過(guò)“萬(wàn)物始于比特”，并且在他寫(xiě)這篇文章時(shí)，大約還沒(méi)有“量子比特”這個(gè)詞。不過(guò)我讀這篇文章時(shí)認(rèn)為，惠勒討論的似乎是“量子比特”，而不是比特。所以“萬(wàn)物始于量子比特”實(shí)際上只是現(xiàn)今的說(shuō)法，究其根本還是惠勒當(dāng)時(shí)的思想。
我不會(huì)斷定惠勒的看法是對(duì)是錯(cuò)。當(dāng)我剛開(kāi)始讀研究生的時(shí)侯，大學(xué)舉行了一系列講堂，向新生介紹理論研究的前沿進(jìn)展，其中一個(gè)講演人就是惠勒。他當(dāng)時(shí)在黑板上把宇宙畫(huà)成一只凝視著自己的耳朵，但那時(shí)我并不理解他在說(shuō)哪些。事后我明白過(guò)來(lái)，他在解釋，當(dāng)觀者自身是量子系統(tǒng)的一部分時(shí)，我們?cè)撛趺从懻摿孔訜釋W(xué)。我想我們至今都沒(méi)有參悟其中的奧義。
Q：觀測(cè)本身會(huì)不可逆轉(zhuǎn)地改變量子系統(tǒng)，導(dǎo)致過(guò)去與未來(lái)之間的區(qū)別。所以觀者問(wèn)題可能與時(shí)間問(wèn)題存在某種關(guān)聯(lián)。通過(guò)AdS/CFT排比，我們了解到新的空間維度可以像全息圖一樣從邊界上的量子信息中涌現(xiàn)下來(lái)。您是否覺(jué)得時(shí)間也是涌現(xiàn)的——它始于某個(gè)沒(méi)有時(shí)間的量子熱學(xué)敘述？
A：我傾向于覺(jué)得，時(shí)空及其中的一切在某種意義上都是涌現(xiàn)的。惠勒在他的文章中早已預(yù)測(cè)了這一點(diǎn)。他覺(jué)得在數(shù)學(xué)和物理中，連續(xù)的概念都是不確切的。他覺(jué)得使用任何連續(xù)的概念——連續(xù)的時(shí)間、連續(xù)的空間，連續(xù)的實(shí)數(shù)——來(lái)對(duì)時(shí)空進(jìn)行微觀描述都是有問(wèn)題的。關(guān)于時(shí)間和空間，我贊成他的觀點(diǎn)。關(guān)于實(shí)數(shù)，我難以判定，這也是我想曉得的。我曾與一個(gè)邏輯學(xué)家討論來(lái)企圖理解其中的含意，不過(guò)這并沒(méi)有哪些幫助。
Q：您覺(jué)得惠勒是個(gè)英雄嗎？
A：我不會(huì)稱他為英雄。我只是好奇，他所說(shuō)的“萬(wàn)物始于比特”究竟是哪些含意。他的看法很有遠(yuǎn)見(jiàn)，超前于時(shí)代。我感覺(jué)我如今會(huì)更有耐心來(lái)閱讀這樣的文章，盡管并不明晰，但能給我?guī)?lái)靈感、啟發(fā)。這篇文章大概有100條參考文獻(xiàn)，看上去都很有趣。并且全部讀完恐怕要花上好幾個(gè)禮拜。我想我會(huì)挑一部份來(lái)讀。
圖片來(lái)源：Jean
Q：為何您如今會(huì)更有耐心來(lái)讀這樣的文章？
A：年青的時(shí)侯，我仍然覺(jué)得，我做的下一件事可能就是生命中最重要的事情。并且如今，我的看法也發(fā)生了一些轉(zhuǎn)變。花一點(diǎn)時(shí)間去讀他人的文章也是有益處的。
Q：與惠勒的風(fēng)格不同，您是通過(guò)估算來(lái)獲得很強(qiáng)的洞察力。
A：我只能做些小小的跨越，而惠勒的看法則是個(gè)飛越：他在文章開(kāi)頭就說(shuō)了，他不曉得驗(yàn)證這種看法須要10年，100年，還是1000年。
Q：他企圖解釋化學(xué)是怎樣從信息中形成的。
A：是的。他的說(shuō)法愈發(fā)宏大：他想解釋存在的意義。
Q：惠勒對(duì)此有哪些猜想嗎？
A：沒(méi)有，他只是在討論，為了得到一個(gè)更基本的數(shù)學(xué)描述量子物理定義，我們應(yīng)當(dāng)做哪些，不應(yīng)當(dāng)做哪些。
Q：那您對(duì)存在的意義有哪些想法嗎？
A：沒(méi)有（笑）。
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