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一个民间科学家的终极理论  

2008-02-25 10:37:08|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一个民间科学家的终极理论 - 《新发现》杂志官方博客 - 《新发现》杂志官方博客
 
 
编译武峥灏    
 
   一提到“民间科学家”,我们多半眼前就会出现这么一个身影:落拓的形貌,执拗的眼神,中等以下的教育水平,经常徘徊于科学院的门口,热衷于向各类科学刊物投稿,或向院士致书,其内容不外乎证明了歌德巴赫猜想,或推翻了相对论,或发明了永动机,至少也是找到了把水变成油的方法。
   从业的科学工作者对之多不屑一顾,因为在知识高度体系化专业化的今天,未经科班训练的业余人士想要替科学大厦添砖加瓦,那几乎是不可能的事,更不用说解决那些最根本的问题了。像律师发现燃烧原理,专利局职员提出相对论这样的事,现在好像不太有啦。
   但是这一期要介绍的一个民间科学家,也许可以让我们刮目相看。加瑞特·里斯,冲浪教练,滑雪高手,远足向导,毕业以后没有在任何科学机构任职,却经常在内华达的深山里冥想,除了拥有博士头衔外,其他特征与我们心目中的民间科学家相当吻合。加瑞特声称最终发现了物理学的圣杯——统一广义相对论与量子力学的钥匙,在物理学界引发热议。本期“封面故事”将详细报道这一事件,并通过独家专访带您走进这个非典型科学家的个人世界。
   加瑞特的理论正在经受检验,时间和实验将会证明他的对错。但不管结论如何,有相当数量科学家愿意以严肃的态度来考量他的学说,这本身就意义非同小可。这也许是爱因斯坦以后,专业科学家对民间科学家的唯一一次青眼。而相隔百年的这两个人,他们面对的问题又是如此密切相关!
   《新发现》的读者一定知道物理学界长期分裂的事实,源于量子力学和广义相对论这两个非常美妙的理论之间的严重对立。《新发现》有多篇文章追踪这个问题的最新发展,如《超越爱因斯坦》(2006年8月号),《时间空间统统推翻》(2006年11月号),《挑战时空的探测器》(2007年4月号)。了解这其中的发展线索,也就能理解物理学家对此格外关注而又莫衷一是的动因。
   不过,这一事件对我们中国本土的民间科学家也许有另一层启示。加瑞特的民间色彩在于他的游离于体制之外,天马行空,独往独来,恰似马克思在他的《德意志意识形态》中描述的未来人类的理想状态“上午打猎,下午捕鱼,傍晚从事畜牧,晚上从事批判。”但是我们不要忘了,加瑞特受过严格的专业训练,他的论文也是用符合学院标准的方式进行论断。他的理论核心引入李群E8数学结构,这可不是随便哪个三脚猫都可以玩的把戏。否则,佐治亚理工学院的DavidRitzFinkelstein教授也不会说:“这绝非偶然,他真的触及了某些非常深刻的东西。”
 
   脚蹬一双大大的棕熊脚掌样子的拖鞋,加瑞特·里斯把我们迎进了他的“实验室”。我们既不是在哈佛,也不是在普林斯顿,而是在美国西部西埃拉-内华达山区,在塔奥(Tahoe)湖畔一座宁静的小村庄。就是在这里,在这座翠松掩映的红色小屋,在这位年届39岁的物理学家的寓所里,他从寂寂无闻一夜之间变得名扬万里。我们的主人公可算是位奇特的人物。他远不是一个只知埋头苦干的学者,在他的生活中,除了基本作用力物理学研究之外,剩下的部分都花在了冲浪滑雪上。“当时我作出决定,在不受任何术机构工作压力的影响下,按照自己的节奏,把所有的精力投入到我所关心的研究上。”加瑞特·里斯解释道。自1999年取得博士学位之后,他便成为一名浪迹天涯的“自由”科学家。匆匆十年,辗转于夏威夷与加利福尼亚之间,里斯独自一人发展了粒子物理标准模型和广义相对论的统一理论。
   为了生计,他曾当过顾问、远足向导和冲浪教练。对他来说,生活的关键就在于找到繁重科学思考和户外活动娱乐之间的平衡点。“整天把自己关在实验室里,这会让我发疯的。”但是,自他的理论在网上发表之后,他就一直是科学界和舆论界激烈争议的焦点。“以前,我基本上每周与人交流一次。而现在,几天之内就会收到上百封电子邮件!”一夜成名之后的加瑞特·里斯又将如何继续保持他的“平衡”呢?这只不过是我们向他所提出的问题之一。请看本刊对加瑞特·里斯的独家专访。
 

问:几个月之前,您还只是游离于学院研究圈之外的无名小卒。在这段时间内到底发生了什么事?
答:十年来,我一直想找到能明确地统一粒子物理标准模型和引力的理论模式。半年之前,我惊奇地发现之前我所提出的理论结构能够与李群E8这一特殊的几何学结构完美地结合。在那之前不久,我获得了一家私人慈善研究机构([物理学和宇宙学]基本问题研究所FQXi)的资助。于是我想到,就我的研究跟外界多进行些交流,这应该是个不错的主意。因此,去年夏天我参加了有关圈量子引力论(简称圈论)的讲座。在会议期间,我的理论受到了热烈的欢迎。趁此机会,我应加拿大普里美特理论物理研究所(PerimeterInstitute for TheoreticalPhysics)的邀请,进行了数周的访问。在那里,我遇到了许多支持圈论的物理学家。夏末,我参加了基本问题研究所在爱尔兰举办的讲座。当时与会的不仅有物理学家,还有新闻记者。正是由于这次机会,《新科学家》决定撰文介绍我的研究。最后,我于去年11月初在网上发表了我的文章。

 

问:您的研究引起了强烈的反响,这是为什么呢?
答:这有两个原因。首先是美学上的原因,我用来对四大基本作用力进行整体描述的理论结构相当华丽。而且,我们可以用直观的方式对其进行描述,因此所有的人都能理解我研究工作的核心内容。其次是历史方面的原因。四大基本作用力的统一是由来已久的问题。这一问题与物理学家当然有着直接的关系。但是,可以用来描述万物的终极理论肯定能在每一个人的内心中引起共鸣。

 

问:您是通过怎样的途径获得万有理论的?
答:想要弄明白粒子到底是什么,这就是我研究工作的起点。为什么我们可以通过这样或那样的方程式来对电子或者夸克的性质进行描述呢?而我的研究所依赖的基础,就是坚信几何是描述物质基本构成性质的正确语言。爱因斯坦正是通过证明引力只不过是时空几何的反映,从而揭示了物理学与几何学之间的关系。半年前,我的研究突然取得关键进展。我意识到,为了统一粒子物理标准模型和引力而构建的理论尝试,其实包括在李群E8这一更为重要理论结构中。我的理论尝试来源于广义相对论在上世纪70年代出现的一种特殊表达形式,先后于2003年和2005年发表的两篇科学论文使得这种特殊表达形式再度风行一时。这不仅预示着全新未知粒子的存在,而且还能通过唯一理论结构对物质和作用力粒子的所有性质进行描述。也就是说,描述所有粒子特性的代数方程式都是同一物体的几何表现结果。宇宙万物都只不过是单纯的几何!

 

问:不少物理学家认为您之所以能够引起轰动,是因为您是一位冲浪爱好者!
答:并不是这么回事!当我在圈论讲座上介绍我的理论时,与会的知名物理学家对我的研究成果表示了热烈的欢迎。在普里美特理论物理研究所也是相同的情况。他们可不在乎我是不是住在夏威夷或冲不冲浪!当然我还得承认,媒体之所以对我如此关注,部分原因还是出于我较为特殊的个人状况。如果不是这一原因,我的研究的知名程度也许不会超出圈论派的范围,不像现在这样出名对我来说或许是一件好事。不过,这个问题与我的研究内容毫无关系。

 

问:不过,您的理论还是受到不少物理学家,尤其是弦论派物理学家的猛烈抨击。
答:对于科学研究的数学或物理学内容,永远都不应感情用事。如果感情用事的话,单纯的科学问题就会因为政治意识因素的介入而变得更为复杂。仅仅因为我的理论与弦论之间存在矛盾,有些人就认为这是对弦论在物理学界权威地位的损害。当然,从根本上来说,我的理论绝对不是尽善尽美的。我清楚其中存在的缺陷和它将要经受的理论或实验方面的考验。

 

问:有批评意见认为对数学和谐规律的追求蒙蔽了您的眼睛。就像开普勒认为可以利用柏拉图立体的几何性质对行星运动进行描述一样。
答:开普勒研究的出发点是柏拉图立体(Platonicsolids),而我的出发点则是粒子物理标准模型和广义相对论。而我的理论构建可以用李群E8的几何语言加以描述,这一点我也是最近才明白的。因此,我的研究过程同开普勒恰好相反。而且,问题的关键就在于了解一种理论所描述的是否是物理事实。实际观察结果最后证明开普勒的理论是错误的。同样,我的理论也将会接受实验的检验。

 

问:除了您的理论本身或者您的生活方式之外,您的研究成果没有在权威刊物上发表,这也是一部分科学界人士对您表示怀疑的原因……
答:坦率地说,我认为这种评判体制已经不合时宜了。以前,这些刊物是科学论文面向科学界的唯一渠道。但是随着互联网的发展,情况已经完全不同了,我们需要创造和发展新的知识传播方式。当然,不能因此忽视防止鱼目混珠的审核措施。但是,如果认真思考的话就能发现,这种在科学论文发表之前由其他科学家对其内容进行评价的“裁定人”制度并非完美无瑕的。在大部分情况下,裁定人由于缺乏足够的时间,在粗略阅读文章之后就得出结论。这也就是为什么伯格达诺夫(Bogdanov)兄弟能够在以严谨著称的科学刊物上发表文章的原因吧!也许我们应该动员科学界的全体成员组成共同审核体系。

 

问:这十年来您一直脱离学院体系之外独自进行研究。那么将来您有何打算?
答:在获得博士学位之后,我出于两种原因决定脱离学院体系单干。首先,在1999年的时候,对于一个对统一四大基本作用力感兴趣的年轻物理学家来说,唯一的研究方向就是弦论。然而,弦论始终让我觉得不自然,太多的参数和过于复杂的数学结构,这与我理想中的简单化理论相去甚远。而且,有关基本作用力统一的研究难度很大,往往会令人灰心丧气。我在最终完成我的理论之前就曾经历过无数次徒劳的尝试。而在我所选择的生活方式中,每当物理学研究遇到阻碍时,不管什么都无法阻止我锁上大门,花上一个星期的时间去冲浪。通过这种方式,我不仅可以按照适合我自己的节奏专攻我所感兴趣的问题,而且可以劳逸结合,在工作和休闲之间保持平衡。当然我知道,在自己身边汇集一批物理学同仁,会有助于进一步完善我的理论。目前我正通过网络的便利进行这方面的工作。至于在大学机构内组建研究组,我想如果时机成熟,我会采取这一做法的,只要能允许我尽可能多地溜出去滑雪。实际上,我的理想就是拥有一个我称之为“科学旅馆”的研究场所,周围的环境赏心怡人,物理学家不仅可以在这里从事研究工作、交流意见,还可以忘情于各种研究以外的活动!更为重要的是,在那里不需要承受这种或那种责任所造成的压力。

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