作者
何伟雄译
审稿&编辑 金壮伟
特邀审稿人张建东
爱德华·威滕（ ）是一群隐居在校园这个偏远树木繁茂的地方的杰出理论化学家中最杰出的人之一。 威滕是唯一一位获得物理学最高奖菲尔兹奖的化学家，他还因发现M理论而受到赞誉，该理论被认为是统一数学的“万物理论”的首次发现。 候选人。 作为天才中的天才，维滕有着一张非凡而威严的知性面孔——他总是沉迷于无比具体的思想。
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维滕的研究工作在过去的六年里极大地推动了理论化学的发展，其中最广为人知的应该是神秘的M理论。 自爱因斯坦以来，杰出的数学家们仍在寻找一种日益基础的量子理论来统一引力和其他基本力，并取代爱因斯坦的“引力的本质是时空的曲率”（即广义相对论）的近似形象。 M理论是现有理论中最好的候选者，但我们对它仍然知之甚少。 威滕于1995年提出M理论，通过“对偶性”将所有五种弦理论统一在同一物理结构中。 后来，他和其他研究人员发现，弦论和量子场论在物理上也是并行的（弦论认为物质的基本成分是微小的弦，而量子场论是粒子化学的“标准模型”语言）。 ，描述物质场中基本粒子的运动）。 虽然威滕以弦理论家的身份而闻名，但他还在量子场论方面做出了许多新发现，但研究了它们之间的关系。 据悉，他对数学的洞察力也使他多次在物理学方面取得重要发现。 因此，他被誉为物理化学领域的“教皇”。 相关领域的研究人员会仔细阅读他的作品，希望他对他的工作产生兴趣。 尽管 66 岁的威滕拥有不可否认的学术影响力，但他并不经常公开谈论他对当代理论发现的看法。
明年春天访问斯坦福期间，我在高等研究院的中央草坪上遇见了维滕，并提出了采访请求。 他语速很快，声音沙哑，回答说他不能保证回答我所有的问题，但会尽力。
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十月的一个星期四，我按照约定来到了威滕的办公室。 办公室里没有其他人，办公室的门半开着，上面的椅子上铺满了文件——不是堆在一起，而是散落在椅子上，四面八方，有几页纸已经快要掉到地上了。向上。 （威滕后来解释说，他在写完/读完论文后就把它堆在这里。）他的书柜上挂着全家福，办公室的墙上挂着女儿的艺术作品，包括庆祝他祖父母的作品。 节日。 几分钟后，威滕到达了，我们花了一个半小时讨论了化学和物理中并行性的含义、M 理论的前景以及他所读到的和想到的内容。
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问：化学家最近开始关注排列，您已经研究它好几年了。 您为什么对这个问题感兴趣？
A：我们在对比中不断有新的发现。 类比很有趣，因为它们经常回答这些棘手的困境。 例如，你可能花了很多年思考某种量子理论量子物理是什么专业学的，你也了解当量子效应很小时会发生什么，当量子效应很大时会发生什么？ 你无法从教科书上学到这一点。 如果你试图深入研究这个问题，你一定会遇到麻烦。 但排比往往可以回答这类问题，它们给出了问题的另一种表达形式，而在新的叙述中，难题往往迎刃而解。
问：您能否针对并行性的新发现举一些反例？
A：我们发现了很多不同的对齐方式，包括规范场理论之间的对齐方式、弱耦合弦理论和强耦合弦理论之间的对齐方式，以及著名的AdS/CFT对齐方式，也就是规范场理论和引力之间的关系。 之间的比例。 AdS/CFT 排名是 20 年前发现的，但令人惊讶的是它至今仍然给我们带来巨大的启发。 这很大程度上归功于大约10年前使其重新焕发活力的一些新见解——量子场论中对熵的新理解，“它始于量子比特”。
AdS/CFT 排列将反德西特时空（反德）中的引力理论与描述该区域边界的量子场论等同起来。 AdS 时空——由于维度较高，通常被称为“块体”——所有信息都被编码在较低维度边界上粒子之间的量子相互作用中，就像全息图一样。 为此，AdS/CFT 为化学家提供了对引力量子本质的“全息”理解。
问：也就是说，时空和其中的一切就像全息图一样，是从量子纠缠态存储的信息中显现出来的。
答：是的。 物理学中的一些对齐也可以解释为数学中两个量子场论之间对齐的结果。 相互关系的形式多种多样，任何快速、简单的结论都是不完整的。 你必须想象一个不同连接的网络，其中相同的数学问题有不同的陈述并阐明不同的属性。 在最简单的情况下，只有两个重要的叙述，但这已经足以回答问题了。 如果你让我举一个复杂的例子，那就太多了。
问：考虑到如此复杂的连接网络以及描述所有比对的难度，您认为这是否反映了对整体结构缺乏了解量子物理是什么专业学的，或者只有当网络复杂时我们才能看到它的结构？
答：我不确定。 按照传统的方法，我们首先建立经典场，然后将其量子化，得到量子场。 但现在我们知道，在很多情况下这些做法是行不通的。 并且同一个量子理论可能源自不同的经典理论。 内森·塞伯格（理论化学家，威滕的朋友）可能会告诉你，他相信有一个更好的量子场论可以让事情变得更清楚，只是我们还不知道。 说实话，我也不确定，我觉得这是一个梦想，而目前来看，似乎有点遥不可及。
您可能还感兴趣的是，量子场论对于数学和化学都很重要。 而数学家很难用严格的物理理论来研究化学家定义的量子场论。 非常奇怪的是，世界是建立在如此复杂的物理结构之上的。
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问：您如何看待物理和化学之间的关系？
答：我不想给出笼统的答案，我们来谈谈我们目前的情况。 量子场论和弦论的数学蕴藏着许多物理学之谜，但我们仍然不知道如何系统地提取它们。 化学家总是能够想出令物理学家惊讶的东西，因为它们很难用已知的物理学语言来描述，所以你必须从数学的角度来理解量子场论。
我不认为有一种新的通用方法。 我知道量子场论的标准方法存在缺陷，所以我们至少可以希望找到新的方法来描述这些理论。 但我很难想象那会是什么样子。
问：你完全想象不到吗？
答：是的。 这是一个有趣的巧合，传统上，相互作用的量子场论被认为只存在于我们生活的四维时空中。但在 20 世纪 90 年代，弦对准的一个分支发现量子场论可以同时存在于五维和六维时空。 不幸的是，我们对它们的特性知之甚少。
问：我听说了神秘的 (2,0) 理论，这是一种描述六维时空粒子的量子场论，它与描述七维 AdS 空间中的弦和引力的 M 理论对偶。 (2,0) 理论在对齐网络中重要吗？
A：是的，这是一个非常前沿的理论。 没有比传统的量子场论更好的理论来描述六维之外的情况了，因为传统的量子场论没有考虑重力。 从六维（2,0）理论出发，可以得到四维乃至更低维度上的大量重要的并行性及其性质。 然而，虽然我们对量子场论的理解一般来自于经典场论的量子化，但我们尚未找到(2,0)理论的经典对应关系。 (2,0) 理论的一些性质，例如对称性的组合，是相当奇怪的。 所以你可能想知道为什么并行性存在，这对我来说是一个越来越基本的问题，为什么会有这样一个具有这些特殊属性的六维理论。
问：并行性允许我们用完全不同的方式描述同一个系统，但这也让我们很难理解“什么是真实的？”的问题。 你怎么认为？
答：我可以告诉你的是，一般来说，当存在并行性时，在一种叙述中很容易的问题在另一种叙述中就会显得很困难。 例如，使用牛顿热来描述你和我的日常运动是相当简单的。 而如果我们生活的世界有一个截然不同的平行“兄弟”，事实上化学家考虑的一些事情在哪个世界就会变得更加清晰，而我们的日常生活也会显得难以形容。
M理论的发展
问：有一种更开放的观点，认为存在一种万能的量子引力理论。 你怎么认为？
答：不幸的是，我认为即使这些观点是正确的，我也不能保证它们会对我们有所帮助。 因为我们现在的理论虽然不完整，但是已经解释了相当多的现象了。 所以即使有越来越完整的描述，也很难说它到底带来了多少。
问：你指的是M理论吗？
答：M 理论只是一种候选理论。
问：您22年前就提出了M理论，目前它的发展状况如何？
答：我个人觉得早在22年前我们就很确定M理论的存在，但现在人们对它更有信心了，因为AdS/CFT至少给出了AdS时空几何中M理论的明确定义。 但是，我认为我们对理论的理解还不够。 与22年前相比，理论发展主要集中在AdS/CFT及相关内容。 但我相信这只是一方面，一定还有其他重要的方向。
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问：你能举一个反例吗？
答：例如，时空本身的量子特性的大量描述。 多年来，我们在这方面取得的进展甚微。 我想这可能是因为答案与我们熟悉的不同。 事实上，这只是我的猜测。
问：那么您认为它会有何不同？
答：这很难说。 我怀疑它会变得更加具体。 我倾向于认为，不仅是一些已知的特殊情况，时空也没有精确的量子描述（例如，我们知道AdS空间中确实存在这样的描述）。 但我无法做出更多预测。
一切都是从量子比特开始的？
威滕：不久前，我读到了耶鲁大学化学家 John 在上世纪写的一篇老文章（,,:），在这篇 1989 年完成的文章中， 提出了“一切都始于比特”，即数学宇宙起源来自信息）。 他很有远见，但文章写得含糊不清。 如果我在 30 年前读过这篇文章，我可能会拒绝这个观点，因为它太模糊了，无法考虑，尽管他是对的。
问：您阅读这篇文章的目的是什么？
答：我想知道当人们说“一切都归功于量子比特”时，他们的意思是什么。 惠勒曾经说过，“一切都始于比特”，当他写下这句话时，“量子比特”这个词可能还不存在。 但当我读到这篇文章时，惠勒似乎在谈论“量子比特”而不是比特。 所以“一切都始于量子比特”实际上只是一个现代说法，基本上是惠勒当时的思想。
我不会得出惠勒是对还是错的结论。 当我刚开始读研究生时，大学举办了一系列讲座，向新生介绍理论研究的前沿，其中一位演讲者是惠勒。 他在黑板上把宇宙画成一只耳朵凝视着自己的耳朵，但我当时不明白他在说什么。 事后看来，我意识到他正在解释当观众本身是量子系统的一部分时我们如何谈论量子热。 我认为我们还没有理解它的深刻含义。
问：观测本身不可逆地改变了量子系统，造成了过去和未来的差异。 所以观众的问题可能在某种程度上与时间问题有关。 通过 AdS/CFT 对齐，我们了解到新的空间维度可以从边界处的量子信息（如全息图）中出现。 你是否觉得时间也在涌现——它始于一些永恒的量子热叙述？
答：我倾向于认为时空和其中的一切在某种意义上都是涌现的。 惠勒在他的文章中已经预测到了这一点。 他觉得在数学和物理学中，连续性的概念都是不精确的。 他认为使用任何连续性概念——连续时间、连续空间、连续实数——来提供时空的微观描述都是有问题的。 关于时间和空间，我同意他的观点。 至于实数，我很难判断，这就是我想知道的。 我与一位逻辑学家进行了讨论，试图理解其中的含义，但没有帮助。
问：你认为惠勒是英雄吗？
A：我不会称他为英雄。 我只是好奇他说“一切都从位开始”是什么意思。 他的观点是有远见且超前于时代的。 我觉得我现在会更有耐心去读这样的文章，虽然说的不是很清楚，但是能给我带来启发和启发。 这篇文章有大约 100 个参考文献，所有这些看起来都很有趣。 阅读全部内容可能需要几周的时间。 我想我会选一个部分来读。
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问：为什么你现在更有耐心去读这样的文章了？
A：当我年轻的时候，我仍然觉得我接下来做的事情可能是我一生中最重要的事情。 现在，我的看法发生了一些变化。 花一点时间阅读别人的文章也是有益的。
问：与惠勒的风格不同，您使用估算来获得深刻的见解。
A：我只能实现小飞跃，而惠勒的想法是一个飞跃：他在文章开头说，他不知道是否需要10年、100年或1000年来验证这个想法。
问：他试图解释化学是如何由信息形成的。
答：是的。 他的主张变得更加宏大：他想解释存在的意义。
问：惠勒对此有什么猜测吗？
A：不，他只是在讨论我们应该做什么和不应该做什么，以获得更基本的数学描述。
Q：您对于存在的意义有何看法？
答：没有（笑）。
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