在網上做科普四個多月，29歲的理論物理博士後周思益吸引了數十萬粉絲關注她的組織下，各種學歷的人在群裡一塊熱烈地討論宇宙起源、黑洞、引力波。她喜歡給孩子，特別是很可愛的小女孩講物理。或許有人覺得這是一種 “降維打擊”，但對一個曾經的天才少女來說，接受自己的平凡後，她珍視科普這件事，也珍視其他孩子展現出的天賦。
文丨周航
編輯 | 王姍
本文轉載自微信公眾號“極晝工作室”（ID：media-fox），原文首發於2021年11月18日，原標題為《弦論女孩的秘密花園》，不代表瞭望智庫觀點。
1 女孩與“謝耳朵”
周思益只有一點和別的女主播相同：開美顏。只需輕輕一按，螢幕裡跳出一個眼睛更大、面板更亮的女孩，從不化妝的她此刻也會欣賞更漂亮的自己。
女孩臉頰鼓鼓的，說話慢條斯理，語氣沒有起伏，像還沒學聲調的學生，製作的科普影片總以同一句話開場：“昨天有小朋友問了我一個問題......”
不叫老鐵、家人，她叫粉絲小朋友，並且自稱幼兒園老師。可講的內容，大部分人恐怕都聽不懂，有的看標題就令人絕望，“如何理解p-v相變”“黑洞資訊佯謬”，頻繁出現的是彭羅斯圖、度規等專業詞彙。
因為經常拿手邊的衛生紙做道具，她也自稱“衛生紙主播”，比如講圓柱的曲率，她拿出一卷用完的衛生紙筒，剪開，攤平，“所以你現在知道圓柱的曲率是多少了嘛？”講AdS黑洞，又將一個衛生紙筒放進杯子，“衛生紙筒就代表了黑洞視界。”
比喻到這份上，很多人還是不理解，評論區經常有人調侃，“如果這是幼兒園，我應該是個嬰兒。”
周思益覺得奇怪，自己講得“比教科書簡單一百倍”，怎麼還聽不懂呢。也許只能怪理論物理過於深奧，對於這個抽象世界，愛因斯坦的狹義相對論只是入門。
有趣的是，如此專業的科普，四個多月在快手也吸引了十五萬粉絲關注。周思益發過自己的英文筆記，估計全平臺不超過50個人能看懂，但點贊超過5000個，評論很多都是“何德何能刷到這個”。
粉絲大多是普通人。比如來自東北的杜先生，他是個普通文員，喜歡研究丹道，之前對物理毫無興趣，刷到周思益卻意外有些著迷，人到中年，他說多些生活裡吹牛的談資也不錯。還有家庭主婦說，愛聽她講知識，“雖然有時聽不懂，但很有興趣。”
群裡也藏龍臥虎，一個網名叫費曼的活躍粉絲，據傳來自布魯克海文國家實驗室，這裡誕生過7項諾獎。找到第六種夸克的費米實驗室，也有人在群裡傳她的影片。
十多個粉絲群好多滿員了，各種學歷的人，中學生、本科生、博士生乃至大學教授，在裡面一塊討論理論物理。周思益開玩笑，按照機率，粉絲裡以後怎麼也得出個諾獎。
這麼多人喜歡自己，周思益覺得，大概因為自己很可愛，或者用網友的話說，“比較呆萌”。更準確說，一種反差萌，在深邃抽象的知識與物理圈少見的女孩之間。
有時候，粉絲討論的不是物理，而是些奇怪的東西。比如她那頭天生的捲髮，就有粉絲髮言，讓打理打理，這時另一撥人刷屏說，這髮型像愛因斯坦，多好啊。看著粉絲“掐架“，周思益笑得露出小門牙，繼續習慣性地用手指給耳旁的鬈髮打卷。
周思益主攻的是弦論，這算得上現代物理最前沿的領域，美劇《生活大爆炸》中，智商187的主角謝耳朵就研究這個。劇裡謝耳朵的人設是書呆子，周思益某種程度上也是，29歲了，她從不捯飭自己，不會化妝，小學衣服穿到博士畢業，有些破得不行，還是媽媽沒法忍扔了。
謝耳朵有理科生特有的浪漫，周思益也有，她評價弘一法師，彈奏的不是超弦，而是宏觀世界的開弦（弦論裡弦的分類），詩人李賀奇異的文學想象則彷彿生活在十維空間。
總之，在普通人眼裡，她就是不折不扣的物理天才。這樣的天才女孩帶著一種特別的幽默感來做科普，用周思益自己話說，“可能屬於降維打擊。”
周思益在神戶大學近照。講述者供圖
2 天才和“學渣”
她確實不是一般聰明，而是非常聰明。中學開始，她的物理作業就被當作標準答案。那些原理和公式，看一遍就理解，彷彿本來就在她大腦裡。從沒遇到過不會的題，翻下參考書，發現還沒自己的解題步驟簡潔。
很多科學天才都有直感，周思益也有，一個長方體掉入水中，排開水的重量等於所受浮力，這需要用公式演算推導，但在她腦海中，靠想象就知道該是這結果。
這樣的女孩或許在其他地方會受到更多關注，但那畢竟是華中師大第一附中，某些榜單排名全國首位的高中，班主任和物理老師叫柳超美，他有一個全國知名的兒子，在國際數學奧賽滿分拿下金牌，後來去了龍泉寺出家的柳智宇。
初中，周思益和爸爸一塊做浮力實驗。講述者供圖
直到填報高考志願，女孩學物理這件事第一次看起來不那麼妥當。爸媽強烈希望讀醫，女孩子嘛，做醫生很不錯，他們在武漢普通高校做老師，身邊男同事都找醫生，收入是自己的幾倍。“什麼難聽的話都說了”，她依舊想去中科大學理論物理，連著幾天躺在床上哭，不肯填志願。最終是父母妥協了。
她一直相信，自己或許就是下一個愛因斯坦。但在中科大近代物理系，周思益意識到自己和真正的物理天才之間的差距。愛因斯坦的質能方程：E=mc²，如此簡潔，如此深邃，她知道自己一輩子想不到。
同學也是更出色的存在。一個同班同學，畢業後拜入馬爾達西那門下。周思益頻繁提到這個阿根廷物理學家的名字，她最喜歡的當代理論物理學家，單篇論文引用在高能物理界排第一。
博士二年級，周思益攻讀一篇馬爾達西那關於宇宙對撞機的論文，啃了一年沒啃明白。她買了張機票，來到普林斯頓大學，敲開了馬爾達西那的辦公室。偶像比想象中個矮，也和藹許多，他聲音很小，周思益聽得心怦怦跳，聊了兩個小時，她說，抵得上自己一年思考。
女孩坦然接受自己相對平凡的事實。但長久的熱愛一直引她繼續探索世界的物理本質。博士畢業，周思益去了斯德哥爾摩大學。在這座緯度比漠河還高的瑞典城市，因為疫情，周思益總一個人在宿舍度過。做理論物理，有紙、筆，一臺能計算的電腦就夠了。
她發明了一套獨特的學習方法：和不同人合作多個專案，需要在不同領域來回切換，她的大腦鑽出來多個小女孩。最常出現的是“弦論小女孩”，穿件綠色小馬甲，留一頭齊地長髮，有時候，出現的又是“小火人”，字如其名，長得如同一團焰火，她們分別幫她理解和記憶弦論、熱力學、引力波等不同知識。
在知乎，她寫下了這些小女孩的故事，每個都四五歲，貪吃、愛玩，教一個叫思思的學生學習不同的物理知識。寫多了，每個小女孩都像成了她生命的一部分，不由自主地出現，和她對話、辯論。周思益一度覺得自己人格分裂了，甚至考慮去看心理醫生。
一年前，小說停更。她寫下的東西受到了攻擊，很多人說“四不像”，不是科普，不是小說，她說，這些聲音嚇得小女孩們都躲了起來。她也確實寫不下去了。問題越發艱澀，和現實愈來愈遠，找不到故事化表達的方式。
周思益覺得沮喪、虛無，她開始越發強烈感覺到，自己做的研究微不足道。如果說偉大的學者在設計一棟大樓，她只是在底下砌磚。至於探索最艱澀的難題，她在斯德哥爾摩大學的“老闆”就是，她親眼目睹瞭如何日復一日缺乏進展，根本沒自信去做這樣的工作。
同樣在消失的還有身邊的朋友們，很多去做了碼農，也有厲害的進入金融業，用量化分析做投資。
相比之下，理論物理是座窄得多的獨木橋。它不直接產生經濟效益，註定依賴高校這樣的學術機構生存。然而崗位稀缺，如果一個教授退休前培養30個學生，那意味著，30個人裡只有一個能接過這份教職。
周思益不知道自己未來在哪。“像我這樣的人真的太多了，可能你沒見過多少，但是我是這個圈子的，真的，跟我一樣的人多如牛毛。”她默默抬起頭，目光遊離了好一會兒，“（那些研究）我不做，也會有另一個周思益做。”
周思益在中科大校園，她胸口掛的飯卡貼著愛因斯坦頭像。講述者供圖
3 未來的諾貝爾獎
《生活大爆炸》演到第七季，因為無法被實驗證實，心灰意冷的謝耳朵放棄了弦論，事實上，周思益也差點如此。最終把她從虛無感中拉出來的，正是現在所做的科普。
最開始的原因，只是聽學長說，做科普能賺錢，積累人脈，那時她正為工作焦慮。剛開始，她很害羞，不好意思傳給熟人。她在港科大的導師王一還是透過別的途徑看到，主動在朋友圈轉發。
周思益是王一到港科大工作後收的第一個博士生。王一之前在劍橋工作，辦公室挨著霍金，宇宙對撞機的概念就來源於他跟別人合作的準單場暴漲工作。王一覺得，理論物理研究依賴國家資助，做科普是回報社會最直接的方式。他也加入了周思益的粉絲群。
周思益（中）在香港科技大學課題組。講述者供圖
現在，周思益每天六點多就迫不及待起床，開始在各個群發言。
發言最多的，是一個叫“未來的諾貝爾獎”的小群。這個群由三個“小朋友”組建，真正意義上的小朋友，最大的17歲，上高一，最小的12歲，也上高一。
因為他們在粉絲群的專業發言，周思益最早發現了他們。她最喜歡12歲的女孩，逢人就誇她的天賦，“12歲能理解AdS黑洞的，我還是頭一回見。”
在個人首頁，周思益自我介紹，“喜歡給孩子講有趣的物理知識，特別是給很可愛的小女孩講物理”。她受過一些大人偏見，說物理屬於男性，因此希望鼓勵更多女孩走入這個領域。
12歲的女孩來自蘭州，微信頭像是科比，最早玩快手也是刷籃球影片，意外發現了周思益的存在，成了一個小小的追隨者。對她來說，周思益的影片專業、有趣，能學到她好奇的知識。
和周思益很像，她的興趣與生俱來，“物理像黑洞一樣吸引了我”。為了學物理，她的微積分已經自學到泰勒展開（大學高數內容）。不過，在大學教心理的媽媽不太支援她自學，她說，媽媽希望她有快樂童年，“怕走‘小天才’路線對我造成壓力和影響”。
性別倒沒有困擾過她，她喜歡打球，平常更多和男生在一塊玩，她形容自己是“男生女生的量子疊加態。”她還寫了篇論文，建模型，做演算，分析什麼情況更適合投打板球。
群裡還有兩個男孩，頭像都是愛因斯坦，他們就沒那麼好運了，現實生活裡，他們都沒什麼朋友，小小的群成了歸宿。每天放學，他們第一件事都是開啟幾個群，看看有沒有漏掉什麼重要訊息。
最近，他們倆一個在研究“慢滾暴漲模型”，另一個則在研究“相對論重離子對撞機”，彼此還暗自較著勁，比微積分學習進度。
“我真挺感謝周（思益）老師建立這個群的。”17歲的瀋陽“愛因斯坦”說。他說，自己得過抑鬱症，花了7年才走出來，因此還在讀高一。他的童年痛苦不堪，因為輕微讀寫障礙，成績“全瀋陽到底了”，被老師孤立，挨同學打。小時候，他最開心的是去農村姥姥家看星星，一看就一兩個小時。浩渺的宇宙面前，煩惱都不見了，他的腦海只留下一些遙遠的問題，“宇宙之外存在更宏偉的宇宙嗎”“有沒有地外文明”。
另一個“愛因斯坦”之前也很孤獨，13歲的他正在濰坊上初二，物理總考年級第一，但課堂上，他已經不敢說話了，曾經他提出過一些質疑，結果被老師叫到辦公室一通批評。
擔心影響成績，小“愛因斯坦”的媽媽不太支援他鑽研物理過深。最近期中臨近，小“愛因斯坦”搬出了王一、周思益，講他們的履歷，說自己正跟著這些人學習呢，才得到繼續用手機的允許。他還特別囑咐，寫了文章要配上他照片，“讓我爸媽知道我不會讓他們失望。”
周思益的中學生粉絲和他的物理書籍，最近他收到的是王一所著《一說萬物》。講述者供圖
在進入現在的小團體前，他們學物理靠看科普書、公開課，透過搜尋引擎找資料。周思益在他們眼中更像一個姐姐，帶他們進入了真正的科學圈，甚至有了直接跟王一這樣的學者請教的機會。
周思益把自己信得過的朋友們都拉進了群，讓他們也指導幾個孩子，幫忙下論文。她也特別喜歡跟這幾個孩子聊天，相比一些大人，孩子們簡單、純粹，不會帶給她煩惱。甚至碰到人際關係的困擾，她也會問問孩子們的看法。她現在的頭像，一個大眼睛的卡通女孩，就是一箇中學生主動幫她畫的。
周思益感謝幾個孩子的存在，證明她說的沒錯，有小朋友理解且喜歡她的科普。打心底裡，她也相信，這些“別人家的孩子”，能聽懂她講解的天才，以後才可能研究理論物理研究——這就是她做科普的目的。
4 “我有所愛的物理了”
學生時代，周思益也一直是“別人家的孩子”。在其他大人口中，她是乖巧、懂事的“學霸”。每天放學回家，她會揹著書包先給金魚餵食，給植物澆水，然後回到自己的小房間安靜地學習。
但當別人一直誇讚女兒出色、討教經驗時，她的媽媽江河度過的卻是灰暗的看不到未來的人生。
“可能你們不知道，”電話那頭，江河剛開口就哽咽了，幾乎逐詞吐露接下去令人震驚的話，“她是一個，幾乎可以說是，殘疾的孩子。”
出生後，周思益一直沒能學會走路，快到2歲，才勉強能扶著牆站起來，夫妻倆去了很多省份，找了很多專家，診斷都是“進行性肌營養不良”，一種令人絕望的疾病，被判定活不過12歲。9歲那年，在上海華山醫院，一個檢驗科的老醫生給出更明確的診斷，中央軸空病。
和霍金所患疾病有些類似，中央軸空表現為肌肉無力，沒霍金那麼嚴重，但也沒法治癒。家族裡無人有類似疾病，應該來自小機率的基因突變。
絕望的父母經常將孩子送到爺爺那裡生活，爺孫倆經常挽著手散步，一邊走，爺爺就一邊講生活中的物理。爺爺退休前是高中特級物理老師，家裡有一大堆物理道具，一根蠟燭、一張紙，給三四歲的周思益演示了小孔成像，他還給她做飛機玩，為她的金魚做自動餵食器。在江河理解裡，這就是女兒的物理啟蒙。
周思益初中時去武大看櫻花 講述者供圖
直到今天，周思益仍然不能像常人一樣劇烈運動，蹲下後需要借力才能站起來。讀本科時，她摔了一跤，第二天還是逞能，和同學騎了兩小時腳踏車去採草莓，回來後，腳踝腫得像乒乓球，根本走不了路。
看起來，周思益從沒被這件事困擾過。比如採草莓那次，接下去三個月，是一個女同學每天用腳踏車接送她去上課。“沒有人因為這個不喜歡我，反而很照顧我。”她說。她無意隱藏，但也幾乎不主動提起疾病影響。偶爾她也會失落，比如有喜歡的男孩而沒能在一起，但哭幾次就好了，甚至媽媽都為此難過更久。做科普後，這樣的失落也沒有了。
最近，周思益才告訴媽媽，自己在做科普，還有不少人關注，認識了好幾所名校的教授，都邀請她去應聘。江河第一次下載了短影片軟體，看女兒的影片，也看下面的互動。有條評論吸引了她，那個網友說，“你都29歲了，還不找物件嗎”。
在江河眼裡，女兒說話、做事，一直像個孩子般純粹。為了向白血病兒童表愛心，大學裡周思益剃過光頭。博士時，周思益開始吃素，江河以為怎麼了，結果她發來一篇科普文，講牛打嗝、放屁，排出的氣體加劇了溫室效應。
江河理解網友也是出於善意。有段時間，她也被這個問題困擾，因為那個罕見疾病，這個問題顯得格外沉重。但現在，江河早不去想這些事了，而是感恩女兒已經擁有的一切。
戳中她的是底下週思益的回覆：“我有所愛的物理了，我也有你們的愛”。江河現在覺得，如果女兒能一輩子做她喜歡的事情，有愛她的人，那也是很值得的人生了。
（江河為化名）
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宇宙終極大統一理論？弦理論
量子力學和相對論是20世紀物理學的兩大突破，但是兩者之間卻存在矛盾，始終無法很好的結合起來。在這樣的背景下，有物理學家提出了弦理論，認為它是能夠統一這兩大學說的“萬有理論”。你聽說過弦理論嗎？它真的能解答宇宙的終極問題嗎？為什麼要用弦來代替粒子作為萬物基元，而不是其他東西？弦理論所提出的高維空間真的存在嗎？它可以被證實嗎？關於弦理論，你不知道、想知道的，都在這裡！
嘉賓丨夏笳 西安交通大學副教授、科幻作家 周哲 科普博主媽咪說、西瓜影片創作者 黃慶國 中國科學院理論物理所研究員
本文轉載自微信公眾號“格致論道講壇”（ID：SELFtalks），原文首發於2021年1月2日，原標題為《宇宙終極大統一理論？弦理論 | 理性派對 第二季》，不代表瞭望智庫觀點。
1 神秘的弦理論，究竟是什麼？
夏笳：今天我們要聊一個非常高能的題目：弦理論。喜歡科幻的朋友可能會看一些科幻小說，比如劉慈欣的《三體》，裡面有非常玄妙的、前沿的理論物理，這些東西對於很多人來說非常燒腦。
今年，理論物理的最高獎叫“狄拉克獎”，三位獲獎者都是做弦理論相關研究的。很多媒體報道了這件事情，但是很多人不知道什麼是弦理論。兩位老師能不能先簡單講一下什麼是弦理論？它是怎麼來的？它是為了解決一些什麼問題？
周哲：簡單來說，弦理論相當於我們認識世界的一種方式。這個世界是由什麼構成的？最小的單元是原子，更小的是電子、夸克，但是，夸克往下還有沒有更加基礎的結構？
弦理論認為，世界最基礎的結構是由“弦”構成的，“弦”就類似於橡皮筋，這就是世界最基本的單元。
夏笳：就是把“弦”作為世界最基本結構的一個基礎單元，在此基礎上解釋很多物理現象、物理原理。
黃慶國：構成世界的最基本的單元是原子，它的中間有一個原子核，電子圍繞著原子核轉，原子核裡面有質子和中子，而質子和中子又是由更基本的粒子，也就是夸克組成的。我們把電子、夸克都看作是點粒子，是沒有結構的。
在數學上，它們就是一個點。但是會有一個問題，為什麼同樣是點的一個粒子，它有時表現為電子，有時表現為夸克？為什麼這個點有這麼豐富的物理資訊？
我們描述自然界的相互作用時，最簡單的電磁相互作用力就是庫侖力，它的大小與距離的平方成反比。想象一下，如果一個電子是一個點，它自身也會產生電場，它又受電場的影響，因為它的大小是零，它的距離就是零，力的大小又與距離的平方成反比，那就會出現無窮大。當出現無窮大時，研究科學或研究物理的人就手足無措了，因為我們沒有辦法透過任何實驗去看一個無窮大的東西。
為了解決這些問題，人們在上世紀70年代萌發了一種想法：構成世界的最基本的單元，它不是像電子、夸克這樣的點粒子，而是一維的、像弦一樣的東西。
這些粒子，為什麼又表現出電子和夸克？因為這根弦可以振動，不同的振動模式對應不同的粒子，而且弦是有限大的，所以它也避免了無窮大的問題。
這就是為什麼弦理論的思想一提出來，就吸引了很多物理學家，特別是理論物理學家感興趣的原因。就像琴絃一樣，它有兩種狀態，一種狀態是兩個端點是自由的，不連在一起，我們稱為開弦。
電子、夸克這些基本粒子就對應弦的某種振動狀態，而我們發現有一件很有趣的事情：只要有開放的弦，就一定有閉合的弦。因為一根開放的弦在演化運動的過程中，一定可以在某個地方結成一個圈。這就告訴我們一個很簡單的道理，弦理論由開弦和閉弦構成，並且有開弦一定有閉弦，有閉弦不一定有開弦。一個圓圈再怎麼扭，再怎麼重新貼上，它還是一個圈。所以弦理論有兩種，一種是隻有閉弦的弦理論，一種是既有開弦又有閉弦的弦理論。
2 解答宇宙終極問題？弦理論的誕生
夏笳：弦理論是在解釋的過程中發明出來的一個想象的產物，並且產生了關於開弦和閉弦的系統。
弦理論發展的歷程是什麼樣的？最初是誰想出來的？
周哲：物理學家一直希望找到一個統一的理論，能夠描述四種基本作用力，但是當時的問題是引力還放在一邊，比較困難。需要先把弱力和電磁力統一起來，強力也就是原子核內部的力已經有希望統一了。當時，義大利物理學家韋內齊亞諾在研究強力時，發現了一個公式（尤拉積分中的β函式），用這個函式可以處理強力中4個粒子的散射模型。但是，韋內齊亞諾的公式提出來後，並沒有太多人重視，因為那時有一個理論學：量子色動力學，簡稱QCD。
QCD直接解決了強力的問題，所以在比較長的一段時間內，韋內齊亞諾的公式被人們拋棄了。後來其他物理學家，南部陽一郎等人把公式撿了起來，發現β函式之所以可以描述具有4個粒子的散射模型，是因為在β函式中可以把粒子當做某種空間延伸量，即一根弦。這樣，弦理論才有了一個開端。也就是弦的不同振動模式，就對應了不同種類的粒子。
夏笳：這些基本粒子的不同特性，是怎麼透過弦不同的振動來表現的呢？
黃慶國：一個粒子的基本性質主要包括質量和內部轉動，也就是自旋，透過一些引數或量子數來描述，人們發現振動的弦具有與這些基本粒子一樣的性質，所以我們就發現弦是可以用來解釋這些基本粒子的。
弦理論起源於韋內齊亞諾猜的一個函式，但是它只能描述基本粒子物理裡的強相互作用力，但是自然界中還存在另一種基本的相互作用力，也就是引力相互作用力，而之前很多理論學家試圖把引力也納入到這個理論框架中，愛因斯坦晚年也在這上面花費了很多時間，始終沒有取得成功。
上世紀70年代，南部陽一郎和當時還是學生的米穀明民發現了一件非常有趣的事情，閉弦所傳遞的相互作用力，恰好就是我們想要去解釋的引力這一基本相互作用力。但是他很快又發現一個很嚴重的問題，一根普通的弦在時空中振動，它只能夠解釋玻色子，但是構成這個世界的最基本的物質實際上是一種叫“費米子”的東西。
“費米子”是什麼？比如，我在這裡轉一個圈，轉360度就轉回來了，而費米子不是，得轉兩圈才能轉回來。電子、質子、夸克都是費米子，為什麼構成這個世界的基本粒子必須是費米子？因為費米子有一個非常特殊的性質，叫做泡利不相容原理。泡利不相容原理是指任何兩個相同的費米子，比如兩個電子，不能同時佔據同樣的軌道，如果沒有這樣的性質，所有的電子都待在離原子核最近地方，就沒有元素週期表了。正是由於這個原理，才有了元素週期表，使得有豐富化學性質的物質構成了絢麗多彩的世界。但是，一根弦在時空裡運動、振動時不能產生費米子。為了解決這個問題，人們就需要引進超對稱。
超對稱是什麼？我們通常描述普通的時空座標，就是X軸、Y軸，還有另一個軸，它的座標可以用一個數字表示，比如這個數字是位置距離原點一釐米或一分米，我們可以拿這個數字來做乘法，1×1等於1，但是為了得到一個費米子，人們發明了另一種奇怪的數字，叫做格拉斯曼數，它自己和自己相乘等於0。泡利不相容原理告訴我們，兩個相同的費米子是不能處於同樣的狀態的，所以引入一個超空間後，原來的弦理論就變成了超弦理論，於是就可以實現費米子。
3 從弦理論到超弦理論
夏笳：用這樣一套數學的方式來計算費米子，它的自旋、質量與觀測到的電子、夸克是一樣的，這樣就誕生了超弦理論，超弦就是因為引入了超對稱。
黃慶國：是的，它與我們通常接觸到的時空結構不一樣，我們將它稱為超空間。
夏笳：很多時候，我們談到弦理論就會談到多維空間，其實它們不是一回事，這個空間是一個數學空間的概念，不是現實的物理空間，它只能用數學的方式去表達，至少目前為止，我們感受不到這個超空間的存在，它是不是真實存在的，我們還不知道。
周哲：剛才黃老師說，構成世界的粒子都是費米子，除此之外，還有與之相伴的玻色子，實際上就是傳遞四種基本作用力的基本粒子，比如電子和電子之間傳達作用力，是透過不停發射光子的方式。
費米子有一個特點：它們滿足泡利不相容原理。即兩個全同的費米子不能處於相同的能量態，但是玻色子不一樣，不管空間多麼小，有多少個玻色子都沒關係。
比如說引力無窮大，這對於費米子來說就無法做到，但對於玻色子來說，它就可以做到，這就是它們最大的不同。這也是引入以格拉斯曼數為座標數的超空間的原因，這方面確實有些抽象。
夏笳：在那之後又出現了哪些新的猜想？
黃慶國：有了超弦理論後，人們就開始構造有開弦的弦理論，但是他們發現這個理論是病態的。上世紀70年代，溫伯格、格拉肖和薩拉姆提出了一個非常成功的粒子物理的標準模型，使很多人都離開了弦理論的研究，去研究量子場論。
而當時只有一位非常孤獨的研究者，美國加州理工大學的施瓦茨，他花了十年時間，終於想到了一個辦法，他引入了一個32維空間的轉動的對稱性，解決了有開弦的超弦理論中的這種異常現象，從而得到了一個有可能描述現實世界的自洽的弦理論，這個發現震撼了整個學術界，從此開啟了弦理論的第一次革命。
4 弦理論之王：M理論的提出
夏笳：雖然有很多地方我們可能不是很明白，但是聽上去非常激動人心，之前的理論有一個致命的缺陷，最後一個像獨孤求敗的人，拿出了一個完全超出人類正常想象的奇怪模型。
黃慶國：超弦第一次革命開端後，很多人又重新回到弦理論的研究中。這些非常聰明的人又發明了另外四個弦理論，這四個弦理論也都是自洽的。這時就出現一個問題，描述我們所看到的自然界的正確理論應該是唯一的，但現在弦理論有五個，我們不清楚它們是否都是對的，但是它們看上去都是自洽的。
經過大概十年的研究，另一個非常著名的學者登場了，這個人就是愛德華威騰，在一次會議上，他提出了一個新的理論：M理論。這個理論統一了前面所有的弦理論，但是他並沒有解釋這個M的意思，大家眾說紛紜。
有人猜M可能是Mystery，有人猜是魔術Magic，也有人說是Mother，還有人說是Master。有人說這些都不對。M是什麼？把威騰的第一個字母W反過來寫就是M，但是威騰從來沒有解釋這個M到底是什麼意思。
夏笳：在M理論之前，所謂的五套弦理論都是根據第一個施瓦茨的理論，引入了32維空間的轉動對稱性，剩下四套理論是不是也都引入了這樣一個多維空間的概念？
黃慶國：超弦理論只能生活在九維空間加一維時間的時空當中，如果不是這樣的時空維度，這個理論是不自洽的，會出現一些病態。我們是怎麼計算出時空維度的？之前的所有理論，比如愛因斯坦的廣義相對論，還有量子場理論，都可以在任何的時空維數上去寫，都是可以成立的。唯獨弦理論，它限定了時空的維度，必須是十維，只有在十維時空裡去計算它對應的光子的狀態，光子才是零質量的，才跟我們觀測到的光子的質量是一致的。但是在威騰的提出的M理論中，還有一個觸角，這個觸角並不是十維，而是十一維，也就是超引力理論，這是引入超對稱之後的一個引力理論所能生存的最高的空間維度。
大家會問，超弦理論是十維的，你怎麼又說到一個十一維的理論呢？在這個十一維的引力理論裡，它存在一個非常基本的解，這個解不是一維的弦，而是一個二維的膜，就像一張紙一樣。
這樣的一個理論，為什麼與十維一個弦理論有關係？這有一個很簡單的道理，比如我們把一張紙捲起來，卷得很小，它就變成了一根絲，這就是十維的弦。
而二維的膜，它的英文單詞是Membrane，所以有人說也許M理論中的M指的是Membrane。
威騰提出的M理論開啟了弦理論的第二次革命，而第二次革命後一個很重要的發現，就是也許弦也不是最基本的東西，膜才是更基本的東西。
周哲：一維的弦，二維的膜，三維的方塊，這些都有可能成為宇宙中最基本的結構。
5 什麼是十一維空間？
被藏起來的高維空間
夏笳：說到高維的空間，大家一般接觸到的可能就是四維空間，還有《星際穿越》裡說到的五維空間。
弦理論裡有九維、十維甚至十一維，包括剛才說到的三十二維空間，為什麼我們日常無法感受到這些高維空間？多出來的維度是以什麼樣的形式存在的？
黃慶國：它被藏起來了。比如一根繩子，在我們看來是一個一維的東西，如果上面爬著一隻螞蟻，它就能感覺到這根繩的粗細，這就是一個新的維度。在我們看來是一維的東西，螞蟻看到的就是二維的。
這些多餘的維度，我們讓它變得很小，使得我們感覺不到它，還有另一種可能性，超弦理論是在九維空間加一維時間的時空中存在的理論，而現實生活中我們能感受到的時空維度有多少？是一個時間的維度，加上三個空間的維度，我們還多了六個空間的維度。當物理學家試圖尋找這樣的時空結構時，他們發現數學家在幾年前已經找到了，這個時空就是卡拉比-丘流形。我們無法把它畫出來，因為它是一個六維的空間，我們不能把它展現在二維的平面上。
夏笳：關於M理論有一個梗，美劇《生活大爆炸》的主人公謝爾頓，說他研究的就是M理論，外行才叫弦理論。實際上，謝爾頓的意思是說他做的是升級版的，或者是經過威騰統一之後的弦理論。
黃慶國：儘管我們仍然稱之為弦理論，但弦可能並不是最基本的東西，裡面已經引入了一個膜的概念，也可以理解為弦起源於膜。所以從這個意義上來說，經過弦理論幾十年的發展，到今天，我們認為膜可能才是更基本的東西。
周哲：弦理論只是個開端，將來還可能會走得很遠。弦理論最早是玻色弦理論，或者它只能描述玻色子，第一次超弦革命，弦理論看起來是可以描述玻色子的，但是不能把費米子包括進來。用三十二維的方式，還有引入格拉斯曼數，就是要它的“反對易性”，實際上就是超對稱性，只有透過超對稱性才能把費米子引入到弦理論中。
夏笳：這是在第一次革命的過程中所解決的問題嗎？
周哲：這是在第一次革命之前，超弦理論誕生出了五個版本，後來威騰的工作就是發現背後有一個理論能夠把它們統一。但是弦理論之後的走向，就有點像科幻中經常有的橋段，比如看到一頭大象，就會想到它會不會是動物園裡的一部分。
夏笳：在大眾的科普里，經常會講到大統一理論，或者叫萬物理論，就是用一套具有最強闡釋力的理論，解釋所有粒子的相互作用力、物理結構、物理模型等。在這個過程中，弦理論數次扮演了非常重要的角色。
黃慶國：至少目前為止，我們發現弦理論是最有希望成功的萬物至理，我們稱之為TOE（Theory of Everything）。
6 弦理論可以被驗證嗎？
驗證方法有哪些？
夏笳：我們剛才大概回顧了一下弦理論發展的歷程，它經歷數次理論革命後變成了現在的狀態。但是在這個過程中，理論物理學家的工作是在數學模型或一種猜想的工作裡。所以目前為止，弦理論是可以被驗證的嗎？在驗證上有什麼樣的難點？
周哲：當然可以驗證，不過確實很難，弦的尺度太小了，但是可以透過其他途徑驗證，比如弦理論預言了一些粒子的存在，弦理論中有超空間，超空間具有超對稱性，超對稱性的一個直接結論就是相現有的所有費米子和玻色子，它們都要有一個和自己對稱出來的伴子。比如現在所有費米子都要有自己的玻色伴子，玻色子要有自己的費米子伴子。
按照現在的基本模型，基本粒子一共是61個，到2012年，CERN的LHC大型強子對撞機，發現了最後一個就是希格斯玻色子，標準模型已經很完善了，所有的粒子都已經被發現了，LHC的能量也已經是現在人類能夠達到的最高量級了。可是現在所有粒子的數量相當於要翻一倍，它們都要有自己的超對稱伴子，但目前為止，這些粒子都沒有被發現。
如果發現了，至少能證明超對稱理論是正確的，我們就有理由相信超弦理論也是正確的，所以這相當於是一個間接的證明。最直接的就是要看弦，但弦是看不到的。當然還有別的辦法，現在一些宇宙學家打算透過21釐米氫線去找宇宙初期的宇宙弦，如果能夠找到宇宙弦，也相當於是一個證明。
黃慶國：大家都認為弦理論沒有什麼實驗的證據，但是換一個角度來說，自然界中應該存在費米子，我們在超弦理論中一定要引入超對稱，那麼超對稱就意味著我們除了這些基本粒子以外，還應該有這麼多超對稱伴子。儘管這些超對稱伴子都還沒有被發現，但是我們不是已經發現它一半的粒子了嗎？
我們已經發現了一半，只是想去找另外一半而已。那麼我們怎麼去找弦呢？弦可能很小，我們可以建造一個顯微鏡，而現在能夠建造的最好的顯微鏡是大型的粒子物理加速器。
但是目前為止，我們用最好的加速器還沒有找到這樣的弦。另一個就是我們可以在天上找這根弦，我們可以從微波背景輻射來看弦移動，它的左邊和右邊看到的現象是不一樣的，但現在我們還沒有找到這樣的現象。
還有一個辦法，宇宙弦會振動，振動時就會發出引力波，它發出來的引力波和黑洞碰撞出來的引力波是不一樣的。所以我們還可以利用引力波去找這根弦。
大家總是在說沒有找到弦理論的證據，其實在我看來，我們已經有很多證據了，這個證據是什麼？就是萬有引力。為什麼弦理論和萬有引力有關係？因為弦有開弦，有閉弦。開弦對應的是物質，一個只有開弦的理論不是自洽的弦理論，因為開弦總可以打個結，變成一個閉弦，而閉弦傳遞的前後作用就是萬有引力。它跟我們的邏輯是一樣的，只要有物質、有開弦，就一定有閉弦，有閉弦就一定產生引力，而萬有引力已經被我們證明存在了。
實際上，為了描述基本粒子之間的相互作用力，我們原則上都可以不要弦理論，有量子場論就足夠了。為什麼我們要弦理論？因為弦理論中自然的包含第四種基本相互作用力，也就是引力相互作用力。
這也是為什麼上個世紀70年代弦理論被提出來以後，大家對弦理論產生很濃厚的興趣的一個重要原因，它可以把自然界中最弱的一種相互作用都包含進來。所以，在弦理論中就包含有目前為止我們所瞭解到的所有要素，這就是我們把它稱為TOE的原因。
夏笳：驗證弦理論，有一個方法就是用大型的粒子對撞機，可以在這裡面捕捉到它的結構。大家比較常聽說的就是關於LHC大型強子對撞機，實際上這個對撞機目前還沒有做出能夠驗證弦理論的發現。
我聽說美國有一個SSC計劃（超導超級對稱對撞機），是要建一個更大的對撞機，它大概是多大的規模？
黃慶國：它的規模應該跟LHC差不多。
周哲：其實他們最早也是奔著希格斯玻色子去的，因為又追加了很多預算，在已經花了20億美元的基礎上，又要增加100多億美元，預算扛不起了，整個專案就放棄了。
夏笳：驗證理論物理時需要建實驗儀器，這可能是一個鉅額投入，執行一次要花很多錢，但是，最後能夠得到的結論是否可以有實際的應用？有人會質疑，花了這麼多錢建儀器，到底為了什麼？這個問題在科普的過程中，應該也有人問。
周哲：每個人的角度不同，比如建對撞機，投進去的是真金白銀，產出的是知識成果，是一種價值，對撞機不可能撞出現金。
怎樣衡量產出的東西值多大的價值，每個人的感受是不一樣的。
夏笳：比如在《三體》中，他認為這種基礎理論研究投入非常大，但是它是整個科學研究最底層的，或者說最後、最核心的推動力，如果不去研究和投入，可能其他研究無法取得決定性的進展。
周哲：比如我們真的碰撞出超對稱的粒子，這當然是無價的，無法用金錢去衡量。問題是，我們不知道哪一次，什麼樣的能級能把它碰出來，所以衡量起來比較複雜。
黃慶國：我們做研究的，不僅侷限於對撞機。做科學研究不是開公司，所以不會去算價效比，就像當年法拉第發現電磁感應現象時，有人問他這東西有什麼用，法拉第的回答是沒有什麼用。但是，如果我們對電磁理論沒有了解，就無法想象我們現在的生活是什麼樣子。
所以，我認為科學並不是簡單用金錢來衡量的。
周哲：科學家本身的想法肯定是這樣的，但是終歸要有一些部門考慮錢的問題。
7 什麼樣的人在做弦理論研究？
夏笳：瞭解到這些進展後，我們現在也無法保障在20年、30年之後，它就一定能夠給我們帶來一個實際的產品，但是至少我們會看到，它的前景是非常令人期待的。
聽說研究學理論的人數在全國乃至全世界都非常少，大概是多少量級的人？
黃慶國：目前，全世界比較活躍的可能有幾百人。其實這不少了，想當年，施瓦茨一個人就帶來了弦理論的第一次革命。所以，人在精而不在多。
夏笳：我之前在網上看到一個國外的大學教授，他寫了一篇文章，解釋讀PHD的意義。他畫了一個圖說，如果把人類所有的知識都放在一個圈裡，我們日常生活需要用到的知識在這個圈很核心的部位，都是無數代人積澱下來的很穩固的知識。
但是當你再去讀書，讀碩士、博士時，你是為了透過知識的積累逐漸朝圓圈的邊緣挺進，最後抵達了圓圈的邊緣，你要做的是跟邊界死磕，透過非常孤獨、艱難的努力，把圈的邊緣磕出一個很小的坑。在外界看來，坑可能在圓圈的圓周上只佔了微不足道的面積，但它對於人類的知識來說，就是一小步，也是一大步。理論物理特別能夠體現這種所謂的跨越邊疆邊緣性，因為所問的很多問題都是之前沒有人能夠去問的，或者說沒有人能夠回答的。
周哲：終究還是為了傳承某種東西。
黃慶國：做科研的，面對的永遠是黑暗，我們把光明留給了別人。因為我們總是去發現新的東西，我們面對的都是未知和黑暗。
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