【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ？標(biāo)準(zhǔn)模型，甚至標(biāo)準(zhǔn)模型的簡(jiǎn)單場(chǎng)理論的推廣，對(duì)此確實(shí)給不出好的主意。標(biāo)準(zhǔn)模型的許多其他特征同樣是神秘的。我們?nèi)绾谓忉屩刈拥钠鹪矗恐刈訑?shù)是守恒的嗎？現(xiàn)在我們相信重子數(shù)是不守恒的，因?yàn)闆](méi)有理由認(rèn)為它應(yīng)該守恒。假如是這樣，在大爆炸演化成宇宙時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生重子。我們知道這種情況會(huì)發(fā)生的途徑，以及會(huì)產(chǎn)生宇宙中重子不對(duì)稱的途徑。但是迄今為止，我們?cè)诶碚撋线€不能精確地計(jì)算宇宙中的重子數(shù)。我們應(yīng)該能夠做到這一點(diǎn)。我們的確不知道質(zhì)子能夠存活多久。還有許多其他問(wèn)題不在標(biāo)準(zhǔn)模型之內(nèi)，這些問(wèn)題的解決，需要一個(gè)更全面的理論。超對(duì)稱依我看來(lái)，粒子物理學(xué)的基本問(wèn)題，無(wú)論對(duì)于理論家還是實(shí)驗(yàn)家，都是超對(duì)稱的問(wèn)題。超對(duì)稱是空間和時(shí)間的相對(duì)論性對(duì)稱的一個(gè)非凡的新擴(kuò)展。如果它是真的，那么空間－時(shí)間還具有額外的量子維度。超對(duì)稱理論表述在超空間中，超空間具有額外的費(fèi)米子維度，這些維度用反對(duì)易數(shù)來(lái)度量。超對(duì)稱理論在量子維度到普通空間－時(shí)間維度的旋轉(zhuǎn)下是對(duì)稱的，這就會(huì)導(dǎo)致這樣的預(yù)言，即迄今所知的每個(gè)粒子都存在一個(gè)對(duì)應(yīng)的超對(duì)稱伙伴。支持超對(duì)稱一個(gè)非常強(qiáng)的線索，來(lái)自于強(qiáng)、弱和電磁理論向極高能量的外推?，F(xiàn)有的觀察，對(duì)這些力作了極高精度的測(cè)量?；诂F(xiàn)有的觀察和我們手中的那些極其成功的和精確的理論工具，我們可以將標(biāo)準(zhǔn)模型的這些力外推到非常高的能量區(qū)域。借助于這些工具，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)能量達(dá)到引力作用變得明顯的尺度時(shí)，所有的力都統(tǒng)一起來(lái)。但是只有在我們假定理論是超對(duì)稱的，并且超對(duì)稱在TeV尺度以下自發(fā)破缺時(shí)，這種統(tǒng)一才會(huì)實(shí)現(xiàn)。幸運(yùn)的是，這一能級(jí)正是新的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（Large Hadron Collider）準(zhǔn)備探測(cè)的能級(jí)，兩年內(nèi)大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)將在CERN運(yùn)行。建造這臺(tái)加速器的主要?jiǎng)訖C(jī)之一和粒子理論家最近十年的主要工作之一就是探索超對(duì)稱存在的可能性。如果我們發(fā)現(xiàn)超對(duì)稱，那么現(xiàn)在的新物理學(xué)在接下來(lái)的幾十年內(nèi)將有許多工作要做——設(shè)法理解超對(duì)稱是如何破缺的，并測(cè)量超粒子的質(zhì)量譜。有趣的問(wèn)題是：如果我們測(cè)量超對(duì)稱粒子的質(zhì)量譜和耦合常數(shù)，那么我們能否利用這些信息對(duì)大統(tǒng)一尺度上，甚或在弦的尺度上的物理學(xué)有更直接的理解嗎？量子色動(dòng)力學(xué)最后，在標(biāo)準(zhǔn)模型中，還有一個(gè)問(wèn)題，第9個(gè)問(wèn)題，是關(guān)于我所喜歡的理論——量子色動(dòng)力學(xué)（QCD）的。這個(gè)問(wèn)題，三十年前我以為我就有了答案。我們能夠解QCD嗎？三十年前，我以為答案是肯定的，花上五年時(shí)間就差不多了。可是，我們至今也不會(huì)解QCD。在大距離處，相互作用力很強(qiáng)，我們還不能作解析處理。我認(rèn)為，在這個(gè)方向上，最大的希望是構(gòu)造一個(gè)強(qiáng)子和介子的對(duì)偶弦（dual string）描述。介子是夸克和反夸克組成的束縛態(tài)，看起來(lái)就像是流管（flux tubes），流管的末端是夸克和反夸克，其行為則像弦。事實(shí)上，我們現(xiàn)在有大量的證據(jù)表明，在弦理論和規(guī)范理論之中就存著這樣的一個(gè)對(duì)偶弦描述。如果有人設(shè)想色（NC）的數(shù)目不是3，而是無(wú)窮，那么我們就確信存在一個(gè)經(jīng)典弦，它將描述所有的介子。如果我們能夠精確地寫(xiě)下對(duì)偶弦理論的經(jīng)典方程（人們正在努力尋找），那么我們就可以期望以經(jīng)典的方式求解，這可能并不太難。隨后，我們可以解析地計(jì)算1/NC展開(kāi)的首項(xiàng)中的強(qiáng)子質(zhì)量譜。這是一個(gè)激動(dòng)人心的目標(biāo)，在過(guò)去的幾年中，沿此方向已經(jīng)取得了許多進(jìn)展。在未來(lái)的許多年里，這個(gè)問(wèn)題仍將指導(dǎo)人們探索非微擾的QCD和弦理論。弦理論現(xiàn)在我轉(zhuǎn)向弦理論——構(gòu)造一個(gè)所有相互作用的統(tǒng)一理論的雄心勃勃的嘗試。這里的基本問(wèn)題是：什么是弦理論？我們真的不理解弦理論的核心是什么。我們所有的，不過(guò)是在一個(gè)理論的某些局部情形中，有許多不同的描述或計(jì)算方法，而這個(gè)理論本身是什么，我們卻不能真正表述清楚。這真是一種怪異的處境。弦理論的各種表述經(jīng)常是完全不同的。起初，我們是先描述10維空時(shí)中一條弦的經(jīng)典運(yùn)動(dòng)，隨后將這個(gè)系統(tǒng)量子化。但是現(xiàn)在，我們是按普通的（超對(duì)稱的）規(guī)范理論，即標(biāo)準(zhǔn)模型中的楊－米爾斯理論，來(lái)表述某些特定的空時(shí)背景中的弦理論。有極強(qiáng)的證據(jù)表明，這些規(guī)范理論在數(shù)學(xué)上等價(jià)于一個(gè)描述在5維反德西特空間（antide Sitter Space，具有一個(gè)負(fù)的宇宙學(xué)常數(shù)）中運(yùn)動(dòng)的、可視之為的弦的理論。對(duì)于弦理論，我們還有許多不同的對(duì)偶表述，但是我們不知道該理論以及所有這些對(duì)偶表述的本質(zhì)是什么。這種對(duì)偶性的深層含義還沒(méi)有被真正理解。理論有許多不同表述，這些不同的表述看起來(lái)差異很大，各自都有不同的基本的動(dòng)力學(xué)對(duì)象，這一事實(shí)對(duì)我們所熟悉的基本性和局域性概念造成了極其嚴(yán)重的威脅。1空間－時(shí)間的本質(zhì)第11個(gè)問(wèn)題是：什么是空間－時(shí)間？在弦理論中，許多人相信“空間和時(shí)間或許在劫難逃?！蔽覀冇性S多例子表明在弦理論中空間是一個(gè)突現(xiàn)的概念。我們可以通過(guò)改變一個(gè)耦合的強(qiáng)度而輕易地改變空間的維數(shù)。按3維空間的規(guī)范理論表述的弦理論中，額外的6個(gè)維度和引力都是突現(xiàn)出來(lái)的。按量子力學(xué)矩陣模型表述的M理論，其低能部分是用11維的超引力來(lái)描述的，其中全部10個(gè)空間維和引力似乎是描述宏觀現(xiàn)象的近似方法。因此，我們有許多不同表述形式的弦理論，其中空間不再是一個(gè)基本概念，而是一個(gè)突現(xiàn)的概念。如果空間是一個(gè)突現(xiàn)的概念，那么時(shí)間也應(yīng)該如此。但是我們?nèi)绾蜗胂髸r(shí)間是突現(xiàn)的呢？我不知道如何從一開(kāi)始就不用時(shí)間去表述一個(gè)物理學(xué)理論。我相信這一問(wèn)題的答案，即空間－時(shí)間的真正本質(zhì)，對(duì)于理解弦理論的真實(shí)含義將是必要的，解決這一問(wèn)題將需要一些革命性的概念。1物理學(xué)是一門(mén)環(huán)境科學(xué)嗎？另一個(gè)引人入勝的問(wèn)題，第12個(gè)問(wèn)題，最近弦理論家討論得很多，但比前述問(wèn)題更普遍。這個(gè)問(wèn)題就是：物理學(xué)是一門(mén)環(huán)境科學(xué)嗎？我更喜歡將這個(gè)問(wèn)題以下列方式提出：刻畫(huà)物理宇宙的所有參數(shù)和定律原則上是可計(jì)算的嗎？還是說(shuō)，這些參數(shù)和定律在一定程度上是由歷史的或量子力學(xué)的偶然事件所決定的？不可計(jì)算的物理參數(shù)的例子是我們太陽(yáng)系中行星的半徑。沒(méi)有人相信我們可以計(jì)算這些半徑。它們不是基本的。它們由歷史偶然事件所決定的。精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)和夸克與輕子的質(zhì)量又如何呢？似乎，弦理論有許多解，許多可能的基態(tài)或真空。最近有些弦理論家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了他們所謂的“景觀”——宇宙的巨大數(shù)量的亞穩(wěn)態(tài)。一些人認(rèn)為這些亞穩(wěn)態(tài)彼此十分不同。它