套一个“经典”的句式说，本书是在物理学30年来没有实质性进步的前所未有的“大不好”形势下产生的。当然也可以说，在物理学新纪元即将来临的“大好”形势下，“个别别有用心的人”跳了出来，攻击多数科学家热情拥护的理论。说实在的，物理学家这些年做了很多事情，发表了很多文章，开拓了很多方向——但在一个无限广袤的“弦景观”面前，他们困惑了。本来是“水光山色与人亲，说不尽无穷好”（李清照句），但物理学家不喜欢“无穷”，只追求惟一。当人们怀着“TheoryofEvery-thing”（TOE）的愿望，迎来的却是“TheoryofNothing”（TON），该是什么感觉啊？—TOE和TON这两个缩写词倒是恰到好处地说明了弦论的历程：“从脚下走出时尚。”在李（LeeSmolin）老师看来，弦论就是一个物理学时尚。一个时代有一个时代的文艺，当然也有一个时代的科学。正如威藤说的，弦论是偶然落在20世纪的21世纪物理学。总之，弦理论大概就代表了我们时代的科学，有人说它是“后现代物理学”，它也的确顺应着后现代的时尚——同一个潮流，多样的选择。它和那些竞争的理论，在我们面前展现了新时代的科学世界的部落文化。本书的意义，也许就在于它体现了这种新的科学文化和精神。

关于超弦理论的异域风光，彭罗斯在大书《通向实在之路》里有一段有趣的比喻：

一个游客来到一座陌生的大城市，要找一幢大楼。那儿没有街名（至少他一个也看不懂），没有地图，在阴沉沉的天空下，他也分不清东西南北。岔路很多，他该左转还是右转？还是走进那条迷人幽深的小路？街道拐弯很少是直角，路也几乎不是直线；有时走进死胡同，只好退回来，转向别的路。有时会突然发现一条刚才竟然没注意的新路。周围没有人可以打听，他们的话一句也听不懂。不过，游客至少知道他要找的那幢大楼造型精美绝伦，还有漂亮的花园。那也是他去找它的主要原因。他走在看起来很漂亮的路上，有迷人的建筑和美丽的花园，灌木丛生，百花怒放——走近一看，却是塑料的。他面前有很多路，他选择的唯一标准就是那块地方的美感和整体的和谐——风格的和谐或隐藏在城市背后的某种基本的模式。

我们当然是游客，而弦理论家也和游客差不多——老彭的意思是，让他们做导游，还不如我们自己走着瞧呢。现在，李老师充当了导游的角色，不过他是“别有怀抱”的，他要带我们走一条人迹罕至的“迷人幽深的小路”。

李老师以五大问题引领我们的旅行，这些问题是当前隐约看见的物理学的地平线：

问题1：将广义相对论与量子理论结合为一个真正完备的自然理论。

问题2：解决量子力学的基础问题：要么弄清理论所代表的意义，要么创立一个新的有意义的理论。

问题3：确定不同的粒子和力能否统在一个理论并将其解释为一个单独的基本作用。

问题4：自然是如何选择粒子物理学标准模型中的自由常数值的？

问题5：解释暗物质和暗能量。或者，假如它们不存在，那么该如何在大尺度上修正引力理论，为什么修正？更一般地说，为什么宇宙学标准模型的常数（包括暗能量）具有那样的数值？

拿对这些问题的回答给弦理论打分，结果，弦理论似乎只能得1分，就是“潜在地”解决了第三个问题，而对其他问题就不怎么高明了。

当然，我们不能凭问题的回答来决定理论的成败，就像不能凭考卷决定人生。何况问题有不同的提法，不同的导游可以站在不同的石头上讲不同的故事，我们也可以从不同的角度看风景——像《蒙娜丽莎》背后的荒野，左边和右边有着不同的地平线。新世纪到来时，好多科学家提过好多问题——只能问很多，因为谁也不敢把赌注下在具体的某一个。真正“基本”的问题，往往要等回答以后才知道。一个成功的理论可以顺便解决很多“基本”问题；而好的理论从来不是为了同时解决那么多“基本”问题才发展的。《纽约时报》曾假想让科学家沉睡100年，到2100年醒来时向同行打听21世纪的科学。他们竟然一口气问了10个问题。我们可以想象，睡过百年的人睁开眼睛时大概只会问一个问题，可惜我们今天还不知道问哪一个。难怪费曼要说，“我无法确定真正的问题，所以我怀疑没有真正的问题，可我又不敢肯定没有真正的问题。”

接着，李老师回顾物理学的历史——这是一篇浓缩的历史，比很多展开的编年史散发着更为浓烈的物理学的芬芳。以今天的眼光看，物理学发展的历史就是理论统一的历史。不过，从前的统一是自然形成的，而今天的统一是物理学家为自己选择的使命——也是爱因斯坦未竟的事业。回顾历史，是拿历史作镜子。李老师让弦理论暴露在历史的荣光下，是要让它显得黯然失色。

弦理论在短暂的20多年里，经历了两次革命。第一次革命发现弦理论能生出标准模型，第二次革命生出一个M理论的影子。尽管革命了，但不彻底，更远未成功。实际上，“反弦派”从弦理论萌芽的时候就出现了。1985年9月，《科学》杂志的一个编辑请费曼对新的“弦”理论发表意见，费曼写了封有趣的回信：“我不相信它们，但我没有认真研究过它们，也就说不清我为什么不相信它们。”格拉肖认为弦理论是“中世纪神学的新的翻版”，他还想把弦理论家挡在哈佛的门外（当然失败了）。Rob-ertLaughlin（1998年因为凝聚态物理的贡献获诺贝尔奖）说，“弦理论远非我们更伟大的明天的奇妙的技术希望，而是一个陈旧的信仰系统的悲剧性结果。”这些头顶诺贝尔桂冠的人，为什么不喜欢弦理论呢？大概因为它距离物理现象和实验太远了。20世纪后期的物理学将物理事实变成了数学概念（如规范场等于联络，基本粒子归结为对称），而弦理论就把这些数学结构作为研究对象，得到数学结构的结果。在传统的物理学家看来，这个时尚太形式化；借闻一多先生说初唐诗歌的话，这也算物理学的一种皮肤病。如果说从前物理学是物理学灵魂套上数学外衣，那么弦理论大概就是一个数学灵魂在物理学上空飘浮，总也落不下来。

李老师的立场和那些前辈有些不同。他不是外科医生，而是内科的，甚至精神科的。他是从弦理论阵营里走出来的，他的反对有着更具体的内容。他看到弦理论“腐败”了，今天科学的衰落就是因为弦理论的崛起——所以他的书特别加了一个附标题：“弦理论的崛起与科学的衰落”。当然，李老师不是一个人在战斗。哥伦比亚大学的数学家PeterWoit（也做量子场论）也写了一本书“骂”弦理论，说“好多人在兜售投机的思想”，“弦理论什么结果也没有”，简直“连错都算不上”（notevenwrong，这是他的书名，借用了泡利的名言）。他的副标题正好与李老师的呼应：“弦理论的失败与物理学定律统一的追求”——等于说，弦理论失败了，物理学的统一才可能重新开始。两个不同背景的批判家走到一起了：打倒了弦理论，科学才有希望。仿佛那根弦成了《共产党宣言》里说的套在无产者身上的“锁链”，而李老师们就是无产者和革命者。

李老师说我们正处在可惜的革命时期，而弦理论已经成为“常规”了。从来没有一个理论，经历了那么长的时间、花费了那么多的力量，结果却一无所有。这是李老师对弦理论状况的总评价。当然，仅凭这几点空洞的声讨还不够，因为圈引力也没有令人满意的成绩。他自己都说，圈量子引力还有很多关键问题没得到解决，就和弦理论中的猜想一样。

所以，李老师对弦理论进行了严厉的技术性批判，主要在三个方面：背景独立、对偶猜想和宇宙学常数。

在圈引力派看来，爱因斯坦广义相对论的核心精神是“背景独立”，即理论不需要一个固定的时空背景。在广义相对论中，时空是与物质相互作用的，物质引起时空弯曲，而时空弯曲表现为物质间的引力。量子论宣扬我们既是演员也是观众，但还有一个舞台，“背景独立”则要让舞台消失在演员的活动中。其实，弦理论家其实也在闹背景独立，但没有拿它作为大旗，他们已经意识到，“为了实现真正的背景独立的形式，似乎还需要更加远离传统的时空观念”。

阿根廷青年Maldacena的猜想是弦理论近10年来最令人激动的思想，它将规范场论作为弦理论的一张全息图，是全息理论的一个数学实现。李老师说它只有“弱形式”（即没有量子效应）才成立，而且怀疑对偶的两个对象是否真的存在。

1998年，宇宙加速膨胀的发现表明存在正的暗能量，但李老师指出弦理论预言暗能量密度（或宇宙学常数）不可能是正的。

2006年12月，圣巴巴拉加州大学的弦理论家JosephPolchin-ski（昵称Joe，他10年前写的两卷本《弦理论》是流行的弦理论教科书）针对这些问题（连同Woit的那本书），发表了公开“答辩”。

乔老师认为，“背景独立”只是形式问题，不是本质问题。他说李老师“将描述物理的数学预言与被描述的物理混为一谈了。人们常常发现，新物理用的数学语言并不是最恰当的。这一点并不奇怪……在弦理论中，即使语言不是背景独立的，物理也肯定是背景独立的，我们还在继续寻求更恰当的语言。”他认为AdS/CFT对偶可能是问题的一个解决（当然还不彻底）。在那个猜想下，物理学成了皮影戏——空间的表演都在屏幕上实现。

乔老师从李老师自己写的两篇关于AdS/CFT对偶的论文中发现了概念性的问题，证明李老师的批判完全是误会。他还反过来说李老师所宣扬的圈量子引力其实比眼下的弦理论更加背景相关。

关于宇宙学常数，乔老师认为抓住了李老师的把柄。因为非正的暗能量密度是超对称的预言，而超对称是一定会破缺的。

李老师还一般地批评了弦理论的数学不严密。他寻根溯源，终于考证出文献中从来就没有严格证明过弦理论的有限性，而几乎所有弦理论家却都拿它作为既定的事实。虽然乔老师做过一些计算，但这个问题依然存在。不过乔老师说了，“物理不是数学。物理学家靠计算、物理推理和相互检验，而不靠证明，他们能理解的东西一般说来比能严格证明的东西大得多。”如果要严格以数学的严密来要求，很多物理学恐怕刚一萌芽就凋落了。实际上，不严格的弦理论真的给数学带来了很多东西，也吸引了很多数学家——当然，尽管这是弦理论的功绩，却不能作为它是正确理论的根据。

李老师承认乔老师的“评论是礼貌的，用事实来说话，没有人身攻击，没有误解我们的书（包括Woit的那本）”。不过，2007年4月，他还是“应读者要求”进行了“反答辩”，澄清乔老师“误会”的地方。

关于宇宙学常数问题，李老师同意那是超对称的要求。但他认为，在微扰弦理论中，超对称是清除不掉的。即使在KKTL（以这几个字母打头的四个人发表了一篇文章，他们以非常的工艺，在半经典的情形下构造了具有正宇宙学常数的模型）发表3年以后，“我们仍然不知道在正宇宙学常数背景下是否存在和谐一致的弦理论”。

关于AdS/CFT对偶，李老师又拿数学严格来说话了：“我在书中怀疑——现在仍然怀疑——的是，是否证明了猜想的强形式，在AdS5×S5的弦理论和N=4的规范理论之间建立的等价性。”他说，“证据不代表证明，而这里必须证明两个有明确定义的数学对象之间的等价性……我们没有严格的非微扰的在渐近AdS5×S5背景下的弦理论的定义，也没有严格的非微扰的4维N=4超对称杨一米尔斯规范理论的定义。没有定义，我们甚至不能肯定是否能很好定义与那些名词相应的数学结构。”（从这段话我们也可以看出，弦理论的确在研究数学结构。）

关于背景独立问题，李老师承认强形式的Maldecena猜想（如果正确的话）可能提供“非常有限的弱形式的背景独立”。他还纠正了乔老师“在弦理论中”那句话，认为应该更准确地这样说：

有些弦理论家相信，他们具体研究的不同形式的微扰弦理论及其对偶接近某个更深刻的背景独立的形式。这缺失的背景独立形式并不仅仅是不同的语言，而有可能表达了确定理论的原理和定律，迄今所研究的一切都将作为近似从它们推导出来。尽管弦理论家们相信这一点，但对这个猜想的背景独立形式的弦理论，他们只提出过寥寥几个具体的设想，而且没有得到广泛的支持。

两位老师的话正好体现了他们对弦理论的不同态度。在李老师看来，乔老师们显然过高估计了弦理论的成绩。

2007年5月20日，乔老师发表了给李老师的信，更明确地反对了他的反对。他继续批评李老师对弦理论的认识太落伍了。李老师在书中的一句话也可能伤了弦理论家们的心：“…一大群专家在尽力挽救一个他们珍爱的然而却面对着矛盾数据的理论。”（第十章）乔老师好像有点儿生气了：“这样的例子在你的书中俯拾皆是：你写的是你自己相信的事情，你却忽略了事实……明明是成功的地方，你却说危机；本来没有的问题，你却讲伦理。”

我们“津津有味”转述两位的争论，一方面是为了补充作者在书中没有说完的话；另一方面是为了“兼听”不同的声音。对台戏总比独角戏有意思。虽然乔老师们没有写一本书，但带着他们的问题去跟李老师走，看周围的风景就不会是一个色调了。

弦理论的争论还在以多种形式继续着。PaulC.W.Davis（《上帝与新物理学》等畅销书的作者，如今把兴趣转向了天体生物学）在《纽约时报》（2007年11月24日）发表文章说，物理学家们的“时尚变了”，变得像宗教一样，“拿信仰做基础”，相信存在“一个巨大的看不见的宇宙的集合”（即所谓的“多重宇宙”）。Woit借题发挥说，物理学家真正的改变在于失去了弦理论的兴趣，因为它的支持者们只有借多重宇宙的假说来解释他们为什么不能做出任何预言。数学的“物理学定律”以可检验的方式描写世界，这不是信仰，而是事实。

最近，著名的“第三文化”的论坛“边缘”（www.edge.org）提出了新的年度问题：

当思想改变你的思想，那是哲学；

当上帝改变你的思想，那是信仰；

当事实改变你的思想，那是科学。

那什么改变了你的思想呢？

落实到弦理论，它改变我们什么了呢？它似乎没谈多少“事实”，那么它是科学，是哲学，还是信仰？本来很简单的问题，在一定的框架下追问，就复杂而且严肃起来了。160多个（还不断有人加入）不同领域的学者参加了问答，畅谈了自己的感受。其中一个物理学家（达特茅斯学院的MarceloGleiser）的话，说得很“实在”：

我从小就被灌输统一的思想。它首先是来自宗教……十几岁时，我开始对科学感兴趣，开始怀疑无处不在的上帝，怀疑大洪水、戒律和瘟疫的故事，转向了物理学，把爱因斯坦和他的科学当偶像……

做研究时，我毅然决定做一名理论物理学家，做粒子物理学和宇宙学，原因很简单：它是极大和极小的两个世界的结合，最有可能发现自然的统一理论……

我写过几十篇与统一有关的文章，连博士论文也是那个题目。我曾为那些思想的现代方法着迷了：超对称、超弦、隐藏的额外维的空间……可是，几年前，也许因为我更深刻认识了形成科学思想的历史和文化过程，事情突然变了。我开始怀疑统一，觉得它不过是实在的一神论在科学的翻版，是在方程里寻找神的存在……二十多年过去了，所有的努力都失败了。粒子加速器没有，冷暗物质探测器也没有，没找到磁单极，没看到质子衰变，过去几十年预言的所有统一的迹象，都没有……

他还说了句爱因斯坦式的格言：“自然不欣赏我们的神话。”我们真是在写新的神话吗？如果我们在用数学写神话，那么似乎应该听听一个老数学家的最新感悟：“归根结底，数学只是我们的，而不是宇宙的。”

同样背离初衷的还有JoneBaez，他曾做过多年的圈引力，但现在对弦和圈都失去了信心，最后决定不做量子引力了。“这是非常痛苦的决定，因为量子引力曾是我追寻了几十年的圣杯。”不过，现在他感觉彻底解放了。

李老师也参加了问答，但没有说圈和弦，而是谈自己对时间的认识的改变。他的结论是，时间也许不是幻觉，而是实在。他认为，时间的本质关联着数学真理的本质，也关联着是否存在没有时间的自然定律。当然，这些问题在深层意义上也是未来的理论必须回答的。

不久之前，弦理论的元老施瓦兹在汤川秀树一朝永振一郎百年诞辰的纪念会上，总结了弦理论的形势和任务。虽然弦理论已经取得了许多进步，“但即使继续以当前的步伐快速向前，我想这门学科到了纪念两先生二百周年的时候也不会完成。”这样说来，威藤的话大概还要改两个数字：弦理论是22世纪的理论落到21世纪的部分。

听着这些热烈的争论和深沉的反思，我们不禁想起狄更斯的名句（《双城记》）：

那是最美好的时代，那是最丑恶的时代；那是智慧的年月，那是愚昧的年月；那是信仰的时期，那是怀疑的时期；那是光明的季节，那是黑暗的季节；那是希望的春天，那是失望的冬天……

这就是我们的“后现代物理学”的时代吗？

本书的另一个主题（大约四分之一的篇幅）是关于科学的伦理或科学的社会学。乔老师在评论中说，李老师“将弦理论的兴衰看作一出道德剧”。李老师自己也将“什么是科学，科学如何运作”的话题作为本书的关键（第十七章）。他将弦理论作为科学群体的伦理活动的一个案例来研究，这一点，不管弦理论和圈引力的命运如何，也许都将是未来科学史感兴趣的课题，而本书提供了极好的案例。

李老师的科学伦理观，源于他本人的经历。他讲了几个故事。一个是在做研究生时从超引力逃出来（第六章），他的觉悟是（一段金玉良言）：

当我回顾30年来我所熟悉的那些人们的科学生涯时，越发感到科学生涯的抉择依赖于人的个性。有些人乐于跨越下一步，把一切都献给它，从而为飞速发展的领域做出重要贡献。另一些人可没那么急躁。有些人容易犯糊涂，所以做什么都要反复思量，这要费很长的时间。你大概以为我们比这些人高明，可别忘了爱因斯坦也是属于他们的。根据我的经验，真正令人震撼的新思想方法往往来自这样的人群。还有一些人——我属于这第三类——只顾走自己的路，他们特立独行，只是因为不愿意像有的人那样为了站在赢家的一边而加入某个领域。所以，当我与别人的作为相左时，也不再感到烦恼，因为我发现一个人的性情几乎完全决定了他做什么样的科学。幸运的是，科学需要来自不同类型的人物的贡献。我逐渐认识到，那些能把科学做好的人是因为他们选择了适合自己的问题。

第二个故事是他在伯克利和“无政府主义”哲学家费耶阿本德的谈话。费老的经历很有趣，他告诫他们，“就做你想做的，不要管别的事情。在我的经历中，从来没有花过五分钟做我不想做的事情。”（第十七章）费老的卓尔不群正好在他心头引起了共鸣。他从费老那儿学到了“反对方法”。作为严肃的物理学家，他当然不是要反对科学的方法，而是借一面“无政府”的大旗来反对弦理论的“垄断”。李老师为年轻人说了很多好话。他批评弦理论聚集了那么多人，垄断了那么多资源，却伤害了年轻人，扼杀了新思想和新发现。他把物理学家分成两类，预言家与手艺人（seersviruscraftspeople）—思想家与匠人。当然不能说做常规科学的人就没有思想，李老师强调的是与常规“格格不入”的思想，能引领未来的思想（所以叫“预言”）。他提出几个主流外的“预言家”的典范——如躲到乡间独自思考的巴伯，身为教授而志在江湖的芬克尔斯坦，在意大利游荡的霍金的小师弟瓦伦提尼……所有这些人，都有一个共同的基本的经历，那就是“目前健在的最能干、最富想象的数学家”格罗藤迪克（Alexader Grothendieck）说的：

他们必须重新发现自身的那种与生俱来的（和我一样的）能力：忍受孤独。

李老师还特别以“修正的相对论”（DSR）作为新理论的样本（他从它引出了一个有趣的“虹宇宙”的图景）。科学总是需要不同的声音，特别在“万马齐喑”的时候。最近，密执安大学ScottE.Page写了一本书，谈思想的多样性能产生更具创造性的团队、公司、学派和社会（“The Difference：How the Power of Diver-sity Creates Better Groups, Firms, Schools and Societies”，Princeton University Press，2007）。其实，很多人都知道这一点。但我们难免和李老师一样奇怪：科学的管理者们为什么不那么做呢？

最近，英国高等教育基金会（HEFCE）决定从2009年起用一种“度量体系”来取代同行评议制度，即以研究成果（论文）的引用数作为评判标准。这当然是更不利于李老师同情的那些叛逆者。

李老师如今在主持“圆周（Perimeter）”——即“圆周理论物理研究所”，它的标志和缩写是PI，即π。PI座落在加拿大多伦多外的沃特卢，发起者和赞助人是RIM公司（Blackberry的制造商）的Michael Lazaridis，他原来的想法是要做一个普林斯顿式的高等研究机构。2001年9月开张时，只有三个固定人员：李老师和Robert Myers, FotiniMarkopoulou。PI现在是量子引力和量子信息理论的热土。2007年，加拿大自然科学与工程研究理事会（NSERC）对PI的评价是，“自1999年成立以来，PI已成为加拿大在新兴量子物理领域的龙头和科学教育和服务的典范。”这是一个新兴的机构，从老牌大学的官僚作风里走出来，自然感觉是“解放了”。

但是解放者的声音，压迫者是听不进的。《淮南子?人间训》讲过一个故事（后来冯梦龙把它编在《智囊》的第一篇）：孔子的马偷吃了农夫的庄稼，农夫就把马关起来了。子贡跑去求情，低声下气，人家还不理他。夫子批评他说：“夫以人之所不能听说人，譬以大牢享野兽，以《九韶》乐飞鸟也……”李老师的话，对那些科研管理人员和决策者来说，大概就是鸟儿耳朵里的韶乐。其实，管理者们也有自己的逻辑和道理，而且也在像做弦理论一样做“科学的科学”。不过，他们学得最好的还是欧几里得几何，特别擅长以公理的方法来抹平事情。他们似乎发现，最科学的“科学管理”，就是尽可能地“统一标准”，当一切的不公平都以法规的形式定下来后，就没有不公平了。李老师们在博士后经历的磨难，我们的同学从幼儿园就开始经历了。

本文拖拉着要结束时，看到一个消息，或许印证了李老师在本书前言里的判断：我们今天并不比30年前懂得更多。最近，一个国际研究小组用超级计算机验证了标准模型过去的预言，但没有发现任何新的东西。爱丁堡大学RichardKenway教授说：“尽管标准模型取得了巨大成功，但因为必要的计算尚不够精确，还有一两个角落没得到确切的实验证明。我们照亮了其中一点，但令人泄气的是，什么也没看见。”

译者

2008年4月9日于重庆