万物源于量子比特?| 数学物理界“教皇”关于量子理论的深思
新泽西,普林斯顿高等研究院(图片来源:www.ics.uzh.ch)
撰文 Natalie Wolchover
翻译 何伟雄
审校&编辑 金庄维
特邀审校 张建东
在这个位于校园内僻静的树林边的地方“隐居”着一群卓越的理论物理学家,而爱德华•威滕(Edward Witten)则是其中最为杰出的一个。威滕是唯一获得数学界最高奖项——菲尔兹奖的物理学家,他也因发现 M 理论而闻名——M 理论被认为是统一物理学的“万有理论 (theory of everything)”的第一候选。作为一个天才中的天才,威滕身上带着超凡脱俗的气质——他总是沉浸在无比抽象的思考中。
图片来源:Jean Sweep for Quanta Magazine
威滕的研究工作极大地推动了理论物理近几十年的发展,其中最为人熟知的应该就是神秘的 M 理论。自爱因斯坦以来,杰出的物理学家们一直都在寻找一种更加基本的量子理论,来统一引力与其他基本力,并取代爱因斯坦关于“引力的本质是时空弯曲“(也就是广义相对论)的近似图象。M 理论就是现有理论中最佳的候选者,但目前我们对此仍知之甚少。威滕在 1995 年提出了 M 理论,通过“对偶”将所有五种弦理论统一在了同一个数学结构中。而后,他和其他研究者又发现,弦理论与量子场论在数学上同样互为对偶(弦理论认为物质的基本组成元素是细小的弦,而量子场论则是粒子物理“标准模型”的语言,描述在物质场中的运动的基本粒子)。威滕在以弦理论学家的身份闻名的同时,还做出了许多量子场论的新发现,并且研究它们之间的关联。此外,他在物理上的洞察力也使他屡屡在数学上做出重大发现。因而,他被誉为数学物理界的“教皇“。相关领域的研究者们都会仔细研读他的工作,并希望他能对自己的工作产生兴趣。尽管有着不容质疑的学术影响力,66 岁的威滕并不经常发表他对当代理论发现的见解。
在今年秋天对普林斯顿访问中,我在高等研究院的中央草坪上看到了威滕,并提出了采访的请求。他语速极快,嗓音低沉,回复说不能保证回答我的全部问题,但会努力试试。
图片来源:Jean Sweep for Quanta Magazine
10 月的一个星期四,我如约来到了威滕的办公室。他人不在,办公室的门半开着,里面的桌子上堆满了论文——不是堆在一起,而是散乱地摊在桌子上,朝着各个方向的都有,有几页已经快要掉到地板上了。(威滕后来解释说,他写完/读完论文后就随手堆在这里。)他的书架上搁着家人的照片,办公室墙上还挂着孩子们的艺术创作,其中一幅是庆祝祖父母节的。几分钟后,威滕来了,我们花了一个半小时聊了物理学和数学中对偶的意义,M 理论的前景,以及他的所读所想。