當今在物理學上主要、且唯一有可能成為萬物至理的物理理論是弦理論,這已成為眾多具有前瞻性眼光的物理學家們的公認。但是,反駁的聲音也如影隨形,從沒有停歇過。有反對者曾用諷刺的口吻稱:「要想在頂級大學謀得終身職位,你就必須研究弦理論,如果不這樣,你就會被解僱。」
弦理論誕生於1968年,兩名年輕的博士後加布裡埃爾·韋內齊亞諾和鈴木真彥無意中發現了一個公式,該公式似乎可以描述亞原子粒子的碰撞,很快,人們發現這一偉大的公式可從弦的振動中得出。但該理論到了1974年就逐漸銷聲匿跡了,一個新的理論——量子色動力學,或者稱「夸克間強相互作用」理論橫空出世,使其他理論黯然失色,大隊人馬放棄了弦理論轉而研究量子色動力學。
對於弦理論來說,那是一個黑暗的年代,尤其當人們發現那些「弦」只能在10維和26維中振動時,一些頑強堅持研究弦理論的人被看成是愚昧而頑固不化的「異類」。弦理論的先鋒人物、加州理工學院的約翰·施瓦茨就曾被理察·費曼詼諧而又諷刺地問:「約翰,那麼你今天進入了幾個維度?」諾貝爾獎得主、夸克模型奠基人穆雷·蓋爾曼很同情那些弦理論家,因此在加州理工學院設立了一個「瀕危弦理論家保護區」,從而使得像約翰·施瓦茨這樣的科學家不至於失業。
當今對弦理論最主要的一種批評之聲是——無從驗證,批評家聲稱,需要一個銀河系那麼大的核粒子加速器才能驗證該理論。但是,這種批評忽略了一個事實:大多數科學的研究方式都是間接而非直接的,就像從未有人去太陽上直接考證,但人們通過分析它的光譜線就知道了太陽主要是由氫組成的一樣。
再比如黑洞理論,由約翰·米歇爾於1783年提出,到了1939年,愛因斯坦寫了一篇論文,說明這類天體是無法直接驗證的。直到2019年之前,黑洞存在的證據都是間接獲得的,但2019年4月,人類首次獲得了黑洞的真實影像。還有一個著名的例子就是中微子,1930年,物理學家鮑裡提出了存在中微子,它的行蹤十分詭異,能夠穿過星系、行星而不被吸收。在當時根本無法驗證,所以沒幾個人相信它真的存在。然而今天,物理學家已經能夠製造出中微子束。
上面這些例子也許並不能減弱對弦理論的批評之聲,但事實上,實驗物理學家們正在積極開展對弦理論的間接驗證,有不少實驗都將對弦理論的正確性作出第一次間接驗證,具體為:一,大型強子對撞機(LHC)有可能產生「超粒子」,而這正是超弦理論預測出的弦的高層次顫動;二,LISA(雷射幹涉引力波天文臺)和它的後繼者BBO(大爆炸探測者)也許足夠靈敏,能夠探測到大爆炸發生時產生的引力波殘餘,而這也是弦理論中預言存在的。
三,許多實驗室正在通過分析在微小距離上的「牛頓平方反比定律」的偏差,來探尋高維度的存在(如果存在第四維度空間,那麼重力就應該遵守「立方反比定律」),而弦理論不但預言了高維的存在,它自身也只能在高維中立足。四,許多實驗室正在搜尋暗物質,弦理論對暗物質的物理屬性作出了詳細可靠的預測,認為暗物質可能是弦的另一種高層次顫動,如光微子。
最後,科學家還希望通過一系列的實驗,如通過分析宇宙射線(其能量遠遠超過LHC的能量)的異常,探測出微型黑洞以及其他異類物質的存在,這些也是弦理論中預測可能存在的。相信在不久之後,宇宙射線實驗和LHC實驗,將在量子力學標準模型之外,開闢出一片嶄新的、令人振奮的科學前沿。著名物理學家史蒂芬·霍金生前曾經說過,在下一個20年裡,會有50%的概率發現萬有理論。而弦理論作為唯一一個能夠將愛因斯坦的引力理論和量子理論融合在一起萬有理論,必將迎來新的發展高潮。