弦理論值得研究嗎？

在愛因斯坦撰寫的《相對論的意義》（The Meaning of Relativity）重印版本的前言中，弦理論物理學家布賴恩?格林寫道，超弦理論成功地結合了廣義相對論和量子力學。除此之外，它也有能力平等的包含電磁力、弱相互作用力和強相互作用力。

在超弦理論中，每一種力都與弦的不同振動模式相關聯。因此，就像由四種不同音符組成的吉他和弦一樣，自然的四種力量在超弦理論的音樂中結合在一起。更重要的是，這適用於所有物質。在超弦理論中，電子、夸克、中微子以及所有其他粒子都被描述為擁有不同振動模式的弦。因此，所有物質和所有力在振動弦的同一說明下，都結合在一起，這就像一個統一性理論使所有一切統一起來。

那麼，弦理論是否真的有證據嗎？弦理論值得研究么？弦理論能完成以上提到得所有情況嗎？

超弦理論確實合併了廣義相對論和量子力學。它的成功與否，取決於我們所說的成功意味著什麼。

格林非常謹慎地指出，超弦理論「有能力接受」引力和其他已知的基本力（電磁力、弱力和強力）。他的意思是，大多數弦理論學家目前認為存在一種超弦理論的特定模型，使它產生了這四種力。這個模糊的短語「有能力」是一種共同信念的表達。它掩蓋了這樣一個事實：沒有人能夠找到一個真正像格林所說的那樣的模型。

超弦理論也帶來了許多附帶後果，這些附帶後果經常被忽視。首先，這裡的「超級」不是強調這個理論有多讓人讚歎，而是指出它是超對稱的。超對稱是一種對稱性，它假定標準模型的所有粒子都有一個夥伴粒子。這些夥伴粒子還沒有被發現。但這並不排除超對稱性，因為產生這些粒子的能量只可能會比我們所測試的更高。不過它確實意味著我們沒有證據表明自然界實現了超對稱性。

更糟糕的是，如果使標準模型超對稱，由此產生的理論與實驗相衝突。原因是這樣做可以改變中性流，而這還未被觀測到。這在20世紀90年代中期就清楚知道了，因為是很久以前的事，現在已經成為沒人會提起的一個「眾所周知」的問題了。為了拯救超對稱性和超弦，理論學家們假定了一種額外的對稱性，叫做R宇稱，它簡單地禁止了令人煩惱的過程。

超弦理論的另一個附帶後果是它們需要額外的空間維度，總共加起來是9個。因為我們沒有看過超過3個維度以上的情況，所以其他6個必須是被捲起來或者緊化的。有很多方法來實現這種緊緻化，這也最終導致了弦理論的發展：存在於多元宇宙中的大量不同的理論。

問題不止於此。超弦理論確實包含了引力，但不是正常的引力類型。它是引力加上大量額外的場，即所謂的模場。這些場可能是可觀測的，但我們沒有看過。因此，如果想繼續相信超弦，必須阻止這些場製造麻煩。有很多方法可以做到，但這又增加了一點複雜性。

然後是宇宙常數的問題。超弦理論在一個宇宙常數是負的時空中，即反德西特空間，它運用起來沒有任何問題。不幸的是，我們沒有生活在這樣的空間里。我們知道我們宇宙中的宇宙常數是正的。當天體物理學家測量宇宙常數並發現它是正數時，弦理論學家為他們的理論做了另一個修正，以得到正確的跡象。即使在弦理論學家中，這種修正也不受歡迎，無論如何，它都必須添加另一種專門結構以使理論發揮作用。

最後，有一個問題是，要求多大程度的數學一致性才會告訴我們關於真實世界的開始？即使超弦理論是一種統一廣義相對論和量子力學的方法，它也不是唯一，如果沒有實驗測試，我們就不知道哪一種是正確的方法。目前，發展得最好有競爭力的方法是漸近的安全引力，它既不需要超對稱也不需要額外的維度。

撇開超弦理論是否可將已知的基本力結合起來，它可能還有其他用途。弦理論與標準模型的量子場論有許多數學聯繫，一些人認為，規範引力對應可以應用於凝聚態物理中。然而，在這些應用中，弦理論的應用程度最好也只能順勢而為。

以上只是簡單的概述。如果想要更多的細節，可以去看Joseph Conlon的著作《為什麼選擇弦理論？》（Why String Theory?）。

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