撰文
翻譯何偉雄
審校&編輯金莊維
特邀審校張建東
在這個坐落校園內(nèi)偏僻的樹林邊的地方“隱居”著一群卓越的理論化學(xué)學(xué)家什么是量子物理學(xué)，而愛德華?威滕（）則是其中最為杰出的一個。威滕是惟一獲得物理界最高獎項(xiàng)——菲爾茲獎的化學(xué)學(xué)家，他也因發(fā)覺M理論而著稱——M理論被覺得是統(tǒng)一數(shù)學(xué)學(xué)的“萬有理論（of）”的第一候選。作為一個天才中的天才，威滕臉上帶著超凡端莊的知性——他總是沉溺在無比具象的思索中。
圖片來源：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。自愛因斯坦以來，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，來統(tǒng)一引力與其他基本力，并代替愛因斯坦關(guān)于“引力的本質(zhì)是時空彎曲“（也就是廣義相對論）的近似圖像。M理論就是現(xiàn)有理論中最佳的候選者，但目前我們對此仍知之很少。威滕在1995年提出了M理論，通過“對偶”將所有五種弦理論統(tǒng)一在了同一個物理結(jié)構(gòu)中。而后，他和其他研究者又發(fā)覺，弦理論與量子場論在物理上同樣互為排比（弦理論覺得物質(zhì)的基本組成元素是細(xì)小的弦，而量子場論則是粒子化學(xué)“標(biāo)準(zhǔn)模型”的語言，描述在物質(zhì)場中的運(yùn)動的基本粒子）。威滕在以弦理論學(xué)家的身分蜚聲的同時，還作出了許多量子場論的新發(fā)覺，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。因此，他被譽(yù)為物理化學(xué)界的“教皇“。相關(guān)領(lǐng)域的研究者們就會仔細(xì)通讀他的工作，并希望他能對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)表他對當(dāng)代理論發(fā)覺的看法。
在明年春天對斯坦福訪問中，我在高等研究院的中央草皮上見到了威滕，并提出了訪談的懇求。他語速極快，嗓音沙啞，回復(fù)說不能保證回答我的全部問題，但會努力試試。
圖片來源：Jean
10月的一個禮拜四，我如約來到了威滕的辦公室。別人不在，辦公室的門半開著，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€方向的都有，有幾頁早已快要掉到地板上了。（威滕后來解釋說，他寫完/讀完論文后就隨手堆在這兒。）他的書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，威滕來了，我們花了一個半小時聊了化學(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：近來化學(xué)學(xué)家們開始關(guān)注排比，而您研究它早已幾六年了，您為何對這個問題感興趣呢?
A：我們不斷地在排比中獲得新發(fā)覺。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，你可能早已花了很多年來思索某個量子理論，你也明白當(dāng)量子效應(yīng)很小的時侯會有哪些現(xiàn)象，并且量子效應(yīng)很大時會如何樣？你不可能從教科書了解到這種。假如你想對此進(jìn)行深入研究，就肯定會碰到麻煩。但排比常常可以回答這種問題，它們給出問題的另外一種抒發(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，您能舉幾個反例嗎?
A：我們找到了好多不同種類的排比，有規(guī)范場論之間的排比，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)覺了，但是令人驚訝的是，它如今仍然給我們帶來好多啟發(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——人們對量子場論中的熵有了新的認(rèn)識，“它始于量子比特”。
AdS/CFT排比將反德西特時空（anti-de）中的引力理論等價于一個描述該區(qū)域邊界的量子場論。AdS時空——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)家提供了對引力量子本質(zhì)的“全息”理解。
Q：這就是說，時空和其中的一切猶如全息圖一樣，從儲存在量子糾纏態(tài)中的信息中涌現(xiàn)下來。
A：是的。物理中有些排比也能被解釋為數(shù)學(xué)上兩個量子場論之間排比的結(jié)果。它們之間相互聯(lián)系的形式十分多樣，所以任何一個快速得出的簡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)問題有著不同的敘述，而且闡明了不同的性質(zhì)。最簡單的情況中只有兩種重要的敘述，但對于回答這一問題早已足夠了。假如你要讓我列舉一個復(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φw結(jié)構(gòu)的理解，還是說只有在這張網(wǎng)路十分復(fù)雜時，我們就能看見它的結(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，然后對其進(jìn)行量子化，得到量子場。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，他相信會有一個更好的量子場論可以讓一切顯得愈發(fā)清晰，只不過我們?nèi)缃襁€不曉得。說實(shí)話我也不確定，我覺得這是一個夢想，而目前看來，它還有些遙不可及。
還有一點(diǎn)你可能會感興趣，那就是量子場論除了對化學(xué)學(xué)十分重要，它對數(shù)學(xué)也很重要。并且對數(shù)學(xué)家來說卻很難用嚴(yán)格的物理理論來研究化學(xué)學(xué)家所定義的量子場論。這是十分奇怪的，世界竟是構(gòu)建在一個這么復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)之上。
圖片來源：Jean
Q：您對于物理與化學(xué)之間的關(guān)系如何看？
A：我不想給出一個籠統(tǒng)的答案，還是說一說我們目前的狀況吧。量子場論和弦論的數(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。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言來描述，所以你必須從數(shù)學(xué)的角度出發(fā)來理解量子場論。
我不覺得存在一種新的普適方式。我曉得什么量子場論的標(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描述這些理論。但我很難想像那會是哪些樣的方式。
Q：您一點(diǎn)也想像不下來？
A：是的。傳統(tǒng)上，人們覺得互相作用量子場論只能存在于我們所生活的四維時空中，這是個有趣的巧合。但在上個世紀(jì)90年代，弦排比的一個分支發(fā)覺，量子場論在五維和六維中都能存在。可惜我們對于它們的性質(zhì)所知甚微。
Q：我據(jù)說過神秘的（2,0）理論，一種用于描述六維時空中粒子的量子場論，它與描述七維AdS空間中的弦和引力的M理論互相對偶。（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)量子場論中，沒有比它更好的理論來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，雖然我們對量子場論的了解一般來自精典場論的量子化，并且我們還沒找到（2,0）理論的精典對應(yīng)。（2,0）理論的一些性質(zhì)（例如對稱性的組合）十分奇怪。所以你可能想曉得為何排比存在，并且對我來說為何存在這樣一個擁有這些特殊性質(zhì)的6維理論是一個愈發(fā)基本的問題。
Q：排比讓我們可以用完全不同的方法去描述同一個系統(tǒng)，但這也讓我們很難理解對“究竟哪些是真實(shí)的？”這個問題。您怎樣看?
A：我可以告訴你的是，通常來說，當(dāng)存在排比時，在一種敘述中很容易的問題會在另一種敘述中顯得很難。舉個事例，用牛頓熱學(xué)來描述你我的日常運(yùn)動是相當(dāng)簡單的。而且假如我們生活的世界有個迥然不同的排比“兄弟”，其實(shí)化學(xué)學(xué)家考慮的一些事情在哪個世界會愈發(fā)清晰，而且我們的日常生活都會顯得無法描述。
M理論的發(fā)展
Q：有一種比較豁達(dá)的觀點(diǎn)覺得，存在一個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，我也不敢保證它會對我們有所幫助。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。所以即使有了一個愈發(fā)完整的描述，也很難說它實(shí)際上能帶來多少仰仗。
Q：您是指M理論嗎？
A：M理論只是其中的一個候選對象。
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：我個人覺得，早在22年前我們就十分確信M理論存在了，但人們現(xiàn)今對它更有信心，由于AdS/CFT起碼在AdS時空幾何中給出了M理論的明晰定義。不過，我覺得我們對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，這只是其中的一個方面，一定還存在其他的重要方向。
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Q：您能舉個反例嗎？
A：例如說，對時空本身量子性質(zhì)的體空間（bulk）描述。常年以來，我們對此進(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：那您猜想它會有什么不同之處?
A：這很難說。我懷疑它會愈加具象。我傾向于覺得，不僅一些已知的特例，并不存在對時空的精確量子描述（例如，我們曉得AdS空間中的確存在這樣的描述）。不過我也無法作出更多的預(yù)見。
萬物始于量子比特？
威滕：不久前，我讀了耶魯學(xué)院化學(xué)學(xué)家約翰?惠勒（John）在上個世紀(jì)寫的一篇舊文章（,,:theforlinks惠勒在這篇完成于1989年的文章中提出了“萬物始于比特”什么是量子物理學(xué)，也就是數(shù)學(xué)宇宙起源于信息）。他是一個富于遠(yuǎn)見的人，但那篇文章在文字上很含混。假如我在30年前讀這篇文章，我很可能會由于它太模糊、無法考量而拒絕接受其中的觀點(diǎn)，雖然他說的是對的。
Q：您讀這篇文章的目的是哪些呢？
A：我想曉得當(dāng)人們說“萬物緣于量子比特”時，她們到底想抒發(fā)哪些。惠勒曾說過“萬物始于比特”，并且在他寫這篇文章時，大約還沒有“量子比特”這個詞。不過我讀這篇文章時認(rèn)為，惠勒討論的似乎是“量子比特”，而不是比特。所以“萬物始于量子比特”實(shí)際上只是現(xiàn)今的說法，究其根本還是惠勒當(dāng)時的思想。
我不會斷定惠勒的看法是對是錯。當(dāng)我剛開始讀研究生的時侯，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，其中一個講演人就是惠勒。他當(dāng)時在黑板上把宇宙畫成一只凝視著自己的耳朵，但那時我并不理解他在說哪些。事后我明白過來，他在解釋，當(dāng)觀者自身是量子系統(tǒng)的一部分時，我們該怎么討論量子熱學(xué)。我想我們至今都沒有參悟其中的奧義。
Q：觀測本身會不可逆轉(zhuǎn)地改變量子系統(tǒng)，導(dǎo)致過去與未來之間的區(qū)別。所以觀者問題可能與時間問題存在某種關(guān)聯(lián)。通過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。您是否覺得時間也是涌現(xiàn)的——它始于某個沒有時間的量子熱學(xué)敘述？
A：我傾向于覺得，時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)測了這一點(diǎn)。他覺得在數(shù)學(xué)和物理中，連續(xù)的概念都是不確切的。他覺得使用任何連續(xù)的概念——連續(xù)的時間、連續(xù)的空間，連續(xù)的實(shí)數(shù)——來對時空進(jìn)行微觀描述都是有問題的。關(guān)于時間和空間，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。我曾與一個邏輯學(xué)家討論來企圖理解其中的含意，不過這并沒有哪些幫助。
Q：您覺得惠勒是個英雄嗎？
A：我不會稱他為英雄。我只是好奇，他所說的“萬物始于比特”究竟是哪些含意。他的看法很有遠(yuǎn)見，超前于時代。我感覺我如今會更有耐心來閱讀這樣的文章，盡管并不明晰，但能給我?guī)盱`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禮拜。我想我會挑一部份來讀。
圖片來源：Jean
Q：為何您如今會更有耐心來讀這樣的文章？
A：年青的時侯，我仍然覺得，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，您是通過估算來獲得很強(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飛越：他在文章開頭就說了，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。他的說法愈發(fā)宏大：他想解釋存在的意義。
Q：惠勒對此有哪些猜想嗎？
A：沒有，他只是在討論，為了得到一個更基本的數(shù)學(xué)描述，我們應(yīng)當(dāng)做哪些，不應(yīng)當(dāng)做哪些。
Q：那您對存在的意義有哪些想法嗎？
A：沒有（笑）。
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