自序 一個理論家的自白

數學家哈代同學寫過一本《一個數學家的自白》，這是通常的翻譯，嚴格地說，應該翻譯為“一個數學家的辯解”。我沒有哈代的成就，也就只能自白而不能辯解了。

哈代寫那本書，本意是想說明研究純數學的動機。他有英國人的貴族精神，認為純數學的價值就是它的自身。知識不一定有用，或者說，不一定有功利的效用。

純粹數學不需要辯解，因為對數學發(fā)展的推動除了來自其他學科的要求，還有數學本身發(fā)展的需要，這包括數學概念的自我創(chuàng)新，基于數學本身提出的難題和邏輯擴張。

理論物理則完全不同，盡管有些時候理論物理的問題也是自身邏輯擴張的結果（如廣義相對論），但最終要實驗來檢驗。不能證偽的理論不是科學。然而，我研究理論物理，起初的動機恐怕和哈代一樣，只是出于好奇，只是覺得理論物理本身很美。因為，將世界上的萬物納入幾個原理上簡單的方程本身就是一個奇跡。這個奇跡為什么會發(fā)生，到現在也沒有人知道答案。

我大學畢業(yè)以后從宇宙學開始做研究，經過超對稱、超弦，轉了一個圈子又回到宇宙學，當然，弦論也還在做，二十多年下來，研究的基本是純理論問題。最終回到宇宙學，還是因為弦論發(fā)展的結果，雖然實驗也起了很大的作用。七八年前，宇宙微波背景輻射譜中的漲落的測量，不斷有新結果，幾乎每周都聽到新聞，自然不知不覺地對我產生了影響。臺大黃偉彥教授不遺余力地推動宇宙學研究，對我再次研究宇宙學也起了很大的作用。

弦論到了21世紀，面臨很大的難題。弦論自身的確提出了很多問題，例如，如何解釋一個不為零的宇宙學常數，或暗能量？如何回答粒子物理中的問題？我們到底在容納粒子標準模型的同時，能不能夠確切地作出新的粒子物理預言？這個問題單子可以開得很長，但很遺憾，沒有一個問題在可見的未來能夠得到回答。這就是弦論目前遇到的大難題。十年前，我還在相信弦論自身的邏輯發(fā)展足以推動弦論的發(fā)展，直到有一天我們一舉寫下基本方程，計算出一些重要的物理量。現在我基本改變了看法，不覺得弦論下一步的重大進展會來自理論自身的發(fā)展，而是覺得實驗將起到關鍵的作用。關鍵的實驗可能來自宇宙學，也可能來自LHC（即Large Harden Collider，大型強子對撞機），更有可能來自目前我們還不知道的某些實驗。

所以，我經常對我的學生說，你研究純弦論問題可以，但是要記住，你只是在研究數學物理，不是理論物理本身。數學物理有自身的價值判斷，你要按照這些價值判斷做研究，這樣才可能不至于在做不動研究的時候突然發(fā)現自己做了一輩子不知所云的事情。我甚至說，如果LHC的實驗還不能證明超對稱是存在的話，你需要打算做一點與物理更密切的問題了，雖然出于愛好，你還可以繼續(xù)研究純弦論問題。

什么是純弦論問題？這包括弦論的基礎，如何寫出弦論在不同時空中的基本方程；弦論有沒有基本原理，如果有，是什么？弦論中的一些“理想問題”，如現實中不存在的黑洞的量子性質；弦論與數學的關系，特別是與微分幾何以及代數幾何的關系，等等。這些問題，一時半會兒還看不到與任何具體的物理問題有關。

弦論還有一大片研究領域可以稱之為應用弦論，例如最近幾年，很多人用弦論來研究粒子物理中的強相互作用，這類問題完全是物理問題，可以和實驗作直接的對比。有趣的是，弦論近來有“入侵”凝聚態(tài)物理的傾向。例如，有人用弦論來研究相對性和非相對論性流體、超導、其他臨界現象，這些研究還剛起步，但很有前途。應用弦論正是我希望年輕的一代重視的領域，好在在我的鼓吹之下有一些人開始研究了。

二十多年來，我一直是一個純粹知識派，所持的觀點是，知識不一定要有用。這個看法到今天基本沒有改變，所改變的是策略。我不再像年輕時那樣，認為在我自己的領域純粹思維可以導致重大進展，作為個人，更加感到無力。我開始想做一些與物理實驗直接相關的研究，這一方面是弦論目前處境導致的，一方面是覺得自己的年齡漸大，已經沒有本錢來“享受”純粹思維的樂趣了。說得直白一點，就是不甘一輩子只做了也許根本與現實世界無關的研究，想趁還能夠做研究的時候打幾個賭，翻點本錢回來。盡管如此，我目前研究的宇宙學問題中有一部分在很多人眼中也還是太玄。例如我想知道宇宙大爆炸的起源，我想知道在我們的視界之外還存不存在其他宇宙區(qū)域，其中物理規(guī)律可能和我們這個區(qū)域完全不同。我還想知道物理常數是偶然的，還是邏輯上可以完全確定的，等等。這些問題看上去很玄，其實是和目前以及將來的實驗相關的。這些問題不是我前面說的純粹弦論問題。除了我提到的宇宙學“終極問題”之外，我也研究小問題，更實際的問題。

近幾年來寫一點科普文章，主要動機也是想做一些對他人有用的事情，即使寫博客，也是如此。寫科普和寫博客，最好的期望是讀者能從我這里得到知識，最差也是一種有趣的交流。對我自己，其實是擴展知識范圍的好機會。我甚至開始入侵文化領域，看一些文化書籍，寫一點評論，甚至寫點詩，這都是希望在完善自己的同時，為他人提供某種精神上的免費消遣。至于能夠做到什么程度，就不是自己應該計較的事情了。