一個(gè)怪異孤僻的人
理論物理學(xué)家克勞德·洛夫萊斯在2012年9月7日去世的時(shí)候，留下了滿(mǎn)屋子的鸚鵡。沒(méi)有親人，也沒(méi)有朋友的陪伴，這位美國羅格斯大學(xué)古怪的教授喜歡被這些有著(zhù)彩色羽毛的“朋友們”圍繞著(zhù)，并聽(tīng)著(zhù)古典音樂(lè )，這樣他就可以沉思有關(guān)萬(wàn)物理論（即宇宙中所有4種基本作用力全部統一的理論）的問(wèn)題。
這位孤獨的人與他的同事關(guān)系很一般，但是羅格斯大學(xué)物理與天文學(xué)系的人們卻對他的一個(gè)舉動(dòng)而感到驚訝和佩服——他決定把自己所有的積蓄都捐給物理與天文學(xué)系，總共約有150萬(wàn)美元。這些資金是用來(lái)幫助建立應用物理學(xué)領(lǐng)域里的講席教授職位，不過(guò)這個(gè)領(lǐng)域與他自己所鉆研的領(lǐng)域相去甚遠。另外，他把自己收藏的超過(guò)4000張古典CD捐給了藝術(shù)學(xué)院，也把自己的遺體捐獻給了醫學(xué)院。
洛夫萊斯的去世并沒(méi)有被媒體廣泛報道，很顯然對于大眾來(lái)說(shuō)他的名氣不大，即使在物理學(xué)的學(xué)術(shù)圈里，他也不太出名。但無(wú)可爭辯的是，他是那個(gè)時(shí)候頂尖的弦理論（把基本粒子看成一維弦的振動(dòng)的理論）專(zhuān)家，是找到弦理論高維空間的關(guān)鍵人物之一，對弦理論的發(fā)展有著(zhù)不可磨滅的影響。直到現在，弦理論學(xué)家們仍受惠于他的研究。
理論產(chǎn)生了怪物
讓我們來(lái)回顧一下20世紀70年代所發(fā)生的事情。那時(shí)弦理論還處在幼年時(shí)期，雖然現在常把弦理論看成是“萬(wàn)物理論”的候選者之一，不過(guò)那時(shí)物理學(xué)家只是想用弦模型來(lái)研究原子核里的強相互作用，也就是說(shuō)，弦理論起初只是強相互作用的候選理論而已。物理學(xué)家把原子核內之間的聯(lián)系用具有不同振動(dòng)模型的能量弦來(lái)表示，就像吉他上的琴弦一樣，具有不同的振動(dòng)模型，演奏出不同的旋律。
這時(shí)，年輕的學(xué)者洛夫萊斯決定走進(jìn)這個(gè)研究領(lǐng)域，希望能做出一些突破性的研究。
洛夫萊斯于1934年出生于英國，他在16歲的時(shí)候就搞懂了廣義相對論。之后他隨著(zhù)他的家人搬到了南非，在那里他進(jìn)入開(kāi)普敦大學(xué)深造。1958年他回到了英國，在倫敦帝國學(xué)院開(kāi)始研究生的課程，師從諾貝爾物理學(xué)獎得主阿卜杜勒·薩拉姆。
沒(méi)有讀完博士，洛夫萊斯就離開(kāi)了帝國學(xué)院，去CERN（歐洲核子研究組織）供職了。那時(shí)他開(kāi)始研究來(lái)自強子弦理論的令人頭疼的問(wèn)題。物理學(xué)家分別使用兩端不受束縛的開(kāi)弦，和結合成一個(gè)圈兒的閉弦，提出了兩種強相互作用模型，分別稱(chēng)為雷琪子模型和坡密子模型。
實(shí)踐表明，任何一個(gè)物理理論模型，都必須滿(mǎn)足一個(gè)數學(xué)條件：要求向量在系統變換時(shí)保持其長(cháng)度不變，就像指南針上的指針旋轉一樣，不管指針怎么轉，它的長(cháng)度是不變的。這種保持長(cháng)度不變的性質(zhì)意味著(zhù)物理性質(zhì)是保持不變的。否則的話(huà)，理論中可以會(huì )出現一些無(wú)法解釋的怪現象。所以說(shuō)，這個(gè)數學(xué)條件是一個(gè)可靠理論必須具有的性質(zhì)。
物理學(xué)家發(fā)現，在普通的4維時(shí)空內，以閉弦為基礎的坡密子模型理論無(wú)法滿(mǎn)足這個(gè)數學(xué)條件，而且還產(chǎn)生出了一個(gè)稱(chēng)為快子的怪物。研究發(fā)現，這種快子運動(dòng)得竟然比光還快，這樣它就可以回到過(guò)去了。根據相對論，快子就會(huì )破壞因果關(guān)系。盡管一些物理學(xué)家還詳細研究了快子的性質(zhì)，但是關(guān)于快子的理論是不被學(xué)術(shù)界看成為一種真正的物理理論的。大部分物理學(xué)家認為，一個(gè)理論要是具有快子的話(huà)，唯一的可行方案是認為快子是很不穩定，產(chǎn)生出的影響也很難觀(guān)測到。
26維時(shí)空的誕生
經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的研究，洛夫萊斯突然找到了解決問(wèn)題的方法。過(guò)去的物理學(xué)家都假設弦是處在4維時(shí)空的，而他決定改變這一假設。洛夫萊斯開(kāi)始逐步提高弦所處的時(shí)空維度，直到維度是26時(shí)，他發(fā)現快子問(wèn)題突然消失了，而且也滿(mǎn)足前面所說(shuō)的數學(xué)條件。他自己也對這樣的結果感到萬(wàn)分驚訝。
之前的物理學(xué)家嘗試統一自然法則時(shí)，也曾用到過(guò)那些看不見(jiàn)的其他維度。例如一些物理學(xué)家利用5維時(shí)空，把廣義相對論和電動(dòng)力學(xué)統一了起來(lái)。愛(ài)因斯坦在1930年代到1940年代初期，也曾用過(guò)5維時(shí)空去嘗試統一理論。不過(guò)之后，愛(ài)因斯坦放棄了這種方法，轉而去用其他方法了。不過(guò)這里的情況是，雖然也出現了其他維度，但是從5維跨越到26維，這聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)離譜。
1970年12月，洛夫萊斯在普林斯頓大學(xué)研討會(huì )上宣布了他的研究成果，然而并沒(méi)有獲得積極的回應。洛夫萊斯回憶道，“我記得它很不受歡迎。我曾把26維看成一個(gè)笑話(huà)，然后它的確引起了一片笑聲?！?/font>
盡管他所發(fā)表的論文的標題看起來(lái)十分學(xué)術(shù)，不過(guò)論文還是吸引了很多人的關(guān)注。盡管在論文最后提到26維時(shí)，用了“聽(tīng)起來(lái)很蠢”這樣的話(huà)，不過(guò)那些弦理論家們開(kāi)始注意到這個(gè)研究的重要性了，并為之興奮。
10維的超弦理論
美國加州理工學(xué)院的物理學(xué)家約翰·施瓦茨當時(shí)也被洛夫萊斯的理論震驚，因為他完全沒(méi)有想到空間還可以有如此多的維度。之后，施瓦茨成為發(fā)展超弦理論的領(lǐng)軍人物之一。超弦理論是弦理論的一種，它不僅用弦來(lái)研究負責傳遞力的粒子，也用弦研究其他的基本粒子。超弦理論利用了一種被稱(chēng)為超對稱(chēng)的原理——一種可以把代表力的場(chǎng)轉變?yōu)榇砹Ｗ拥膱?chǎng)，或反過(guò)來(lái)的方式。超弦理論很自然地預言出存在一種自旋為2的不帶電荷的無(wú)質(zhì)量傳遞粒子。（自旋為整數的粒子稱(chēng)為玻色子，其他的玻色子自旋都不是2，例如膠子和光子自旋為1，而希格斯玻色子自旋為0。自旋為半整數的粒子稱(chēng)為費米子，例如自旋為1/2的電子和夸克。）而這個(gè)粒子正好符合引力子的性質(zhì)。其中，引力子被認為是傳遞引力的基本粒子。所以，物理學(xué)家都認為超弦理論能把自然中所有種類(lèi)的力（引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用）統一起來(lái)。
物理學(xué)家發(fā)現，超弦理論中所需要的時(shí)空維度應該是個(gè)常數，結果發(fā)現維度是10。與26維對比，10維時(shí)空看起來(lái)也許更合理一些。之后，美國普林斯頓高等研究院的愛(ài)德華·威滕提出的M理論——一種弦理論的拓展理論——所需要的時(shí)空維度還多了1維，是11維。
那么，時(shí)空的其他維度都在哪里呢？根據理論，它們要么卷曲到很小的空間里去了，要么對于我們來(lái)說(shuō)它們是在無(wú)法觸及的地方，所以我們體驗到的只是3維空間和1維時(shí)間。
1971年，洛夫萊斯去了羅格斯大學(xué)，盡管他沒(méi)有博士學(xué)位，但還是獲得了教授職位。他余下的學(xué)術(shù)生涯都在那里度過(guò)。他的鸚鵡在玩著(zhù)毛線(xiàn)團的同時(shí)，他在分析著(zhù)物理理論的各種問(wèn)題，而從他的CD播放機播出的弦樂(lè )四重奏與他的深思熟慮交織在一起。與愛(ài)因斯坦一樣，他沒(méi)有完成統一場(chǎng)論理論，但在探索之旅中，他體驗到了無(wú)與倫比的喜悅。
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