宇宙“心愿”：弦理论从简单物理规则中浮现出来了！

如果你一直把苹果切成越来越小的碎片，最终会到达分子、原子，乃至质子、夸克和胶子。但弦理论认为，旅程并未止步——在比质子小约一百亿亿倍的尺度上，万物可能由极其微小的振动弦构成。
这一诞生于20世纪60年代的理论，旨在解决物理学最大难题——将量子力学与爱因斯坦的广义相对论统一起来。然而，要直接检验弦理论，所需的能量极其巨大，需要一台银河系大小的粒子对撞机。

近日，发表在《 物理评论快报》（ Physical Review Letters）上的一项研究，加州理工学院、纽约大学及巴塞罗那高能物理研究所的研究人员发现了一条令人惊讶的新线索。他们并未一开始就假定弦的存在，而是从几个关于粒子在极端能量下行为的简单规则入手，结果方程自然而然地产生了弦理论特有的标志性特征。“弦就这么掉了下来，”加州理工学院理论物理学教授克利福德·张说道，“我们根本没有对弦作任何假设，但最终的解却包含了弦的核心特征。”

这项研究采用了一种被称为“自举”的策略。与从详尽理论出发不同，科学家先从少数宏观原则入手，然后推导出自然涌现的定律。仅基于粒子碰撞时如何散射的几个假设——包括一种称为“超柔软性”的特性，以及“最小零点”条件——他们意外地得出了弦理论的核心特征。其中最重要的一个特征被称为弦谱，即粒子以质量与自旋依次递增的顺序出现的无限粒子塔。这种模式类似于振动弦的谐波：当小提琴弦被拨动时，会发出基音及一系列泛音。弦理论提出，粒子正是由类似的振动模式产生的——光子来自最简单模式振动的开弦，而引力子则源自闭合振动的弦。

1974年，加州理工学院物理学家约翰·施瓦茨和法国物理学家乔尔·谢尔克意识到，弦理论可以包含引力，建立了该理论与广义相对论之间最早的有意义联系。“我们对此感到无比兴奋，”施瓦茨回忆道。
研究人员将自举法比作解数独谜题——几条简单规则最终引导你找到唯一解。尽管这些发现并未从实验上证实弦理论，但结果令人瞩目——原本可能出现许多不同数学结果，计算却只指向了唯一一种解。最耐人寻味的是，这种自举思想其实“超级复古”。

20世纪60年代，加州理工学院的史蒂文·弗劳奇和加州大学伯克利分校的杰弗里·丘就率先提出了粒子物理学中的自举方法，提供了最早揭示无限粒子谱的线索。如今，借助现代工具和理念，这一老思路正被重新发扬光大。正如加州理工学院教授大栗博史所言：“我们现在对基本假设有了更深入的了解，也掌握了更强大的技术。”
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