自序 一个理论家的自白

数学家哈代同学写过一本《一个数学家的自白》，这是通常的翻译，严格地说，应该翻译为“一个数学家的辩解”。我没有哈代的成就，也就只能自白而不能辩解了。

哈代写那本书，本意是想说明研究纯数学的动机。他有英国人的贵族精神，认为纯数学的价值就是它的自身。知识不一定有用，或者说，不一定有功利的效用。

纯粹数学不需要辩解，因为对数学发展的推动除了来自其他学科的要求，还有数学本身发展的需要，这包括数学概念的自我创新，基于数学本身提出的难题和逻辑扩张。

理论物理则完全不同，尽管有些时候理论物理的问题也是自身逻辑扩张的结果（如广义相对论），但最终要实验来检验。不能证伪的理论不是科学。然而，我研究理论物理，起初的动机恐怕和哈代一样，只是出于好奇，只是觉得理论物理本身很美。因为，将世界上的万物纳入几个原理上简单的方程本身就是一个奇迹。这个奇迹为什么会发生，到现在也没有人知道答案。

我大学毕业以后从宇宙学开始做研究，经过超对称、超弦，转了一个圈子又回到宇宙学，当然，弦论也还在做，二十多年下来，研究的基本是纯理论问题。最终回到宇宙学，还是因为弦论发展的结果，虽然实验也起了很大的作用。七八年前，宇宙微波背景辐射谱中的涨落的测量，不断有新结果，几乎每周都听到新闻，自然不知不觉地对我产生了影响。台大黄伟彦教授不遗余力地推动宇宙学研究，对我再次研究宇宙学也起了很大的作用。

弦论到了21世纪，面临很大的难题。弦论自身的确提出了很多问题，例如，如何解释一个不为零的宇宙学常数，或暗能量？如何回答粒子物理中的问题？我们到底在容纳粒子标准模型的同时，能不能够确切地作出新的粒子物理预言？这个问题单子可以开得很长，但很遗憾，没有一个问题在可见的未来能够得到回答。这就是弦论目前遇到的大难题。十年前，我还在相信弦论自身的逻辑发展足以推动弦论的发展，直到有一天我们一举写下基本方程，计算出一些重要的物理量。现在我基本改变了看法，不觉得弦论下一步的重大进展会来自理论自身的发展，而是觉得实验将起到关键的作用。关键的实验可能来自宇宙学，也可能来自LHC（即Large Harden Collider，大型强子对撞机），更有可能来自目前我们还不知道的某些实验。

所以，我经常对我的学生说，你研究纯弦论问题可以，但是要记住，你只是在研究数学物理，不是理论物理本身。数学物理有自身的价值判断，你要按照这些价值判断做研究，这样才可能不至于在做不动研究的时候突然发现自己做了一辈子不知所云的事情。我甚至说，如果LHC的实验还不能证明超对称是存在的话，你需要打算做一点与物理更密切的问题了，虽然出于爱好，你还可以继续研究纯弦论问题。

什么是纯弦论问题？这包括弦论的基础，如何写出弦论在不同时空中的基本方程；弦论有没有基本原理，如果有，是什么？弦论中的一些“理想问题”，如现实中不存在的黑洞的量子性质；弦论与数学的关系，特别是与微分几何以及代数几何的关系，等等。这些问题，一时半会儿还看不到与任何具体的物理问题有关。

弦论还有一大片研究领域可以称之为应用弦论，例如最近几年，很多人用弦论来研究粒子物理中的强相互作用，这类问题完全是物理问题，可以和实验作直接的对比。有趣的是，弦论近来有“入侵”凝聚态物理的倾向。例如，有人用弦论来研究相对性和非相对论性流体、超导、其他临界现象，这些研究还刚起步，但很有前途。应用弦论正是我希望年轻的一代重视的领域，好在在我的鼓吹之下有一些人开始研究了。

二十多年来，我一直是一个纯粹知识派，所持的观点是，知识不一定要有用。这个看法到今天基本没有改变，所改变的是策略。我不再像年轻时那样，认为在我自己的领域纯粹思维可以导致重大进展，作为个人，更加感到无力。我开始想做一些与物理实验直接相关的研究，这一方面是弦论目前处境导致的，一方面是觉得自己的年龄渐大，已经没有本钱来“享受”纯粹思维的乐趣了。说得直白一点，就是不甘一辈子只做了也许根本与现实世界无关的研究，想趁还能够做研究的时候打几个赌，翻点本钱回来。尽管如此，我目前研究的宇宙学问题中有一部分在很多人眼中也还是太玄。例如我想知道宇宙大爆炸的起源，我想知道在我们的视界之外还存不存在其他宇宙区域，其中物理规律可能和我们这个区域完全不同。我还想知道物理常数是偶然的，还是逻辑上可以完全确定的，等等。这些问题看上去很玄，其实是和目前以及将来的实验相关的。这些问题不是我前面说的纯粹弦论问题。除了我提到的宇宙学“终极问题”之外，我也研究小问题，更实际的问题。

近几年来写一点科普文章，主要动机也是想做一些对他人有用的事情，即使写博客，也是如此。写科普和写博客，最好的期望是读者能从我这里得到知识，最差也是一种有趣的交流。对我自己，其实是扩展知识范围的好机会。我甚至开始入侵文化领域，看一些文化书籍，写一点评论，甚至写点诗，这都是希望在完善自己的同时，为他人提供某种精神上的免费消遣。至于能够做到什么程度，就不是自己应该计较的事情了。