一个公式揭示了宇宙的真相，我们难道真的是高维空间的蚂蚁吗？

难道，我们真的是更高维度时空中的蚂蚁吗？

沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Ernst Pauli)是他那个时代最杰出的物理学家之一。

不过他在怼人方面也是毫不逊色的，当然这并不是指我们所说的杠精。

他是动用自己的机智去批判那些他认为缺乏实质的想法或理论，他经常在信末署上“上帝之鞭”这个称号的德语短语“Die Geissel Gottes”。

也许最有名的一次怼人事件是，他曾经正式地对一位年轻物理学家认真写的论文做出简单而残酷的评价：这篇得罪人的作品“甚至不是错误（Not Even Wrong）”。

中文说，就是毫无卵用的意思。

虽然并非所有的想法都会像被泡利指出大多数科学理论最终都会死去并被遗忘，大多数科学理论都会失败的那样。

它们可能曾经受到关注；可能曾被广泛地信奉，成为论文、研讨会和会议的焦点，但最终却只成为了历史书中的一个脚注。

曾经有这样一个想法：存在一种叫做“燃素”的物质，它存在于物体内部，并会在物体燃烧时被释放出来。

在18世纪，燃素理论曾是热和燃烧的主要解释之一。

教授们教授它，学生们学习它，当时的化学家们试图用它来解释他们的实验结果。

但很显然，这个想法是错误的。

燃素理论只是一个幻想，我们现在所知道的真相在于化学和不同元素在各种化学反应中的组合。

在某个历史时刻的某个地方，最后一个相信燃素理论的人死了之后，它将不再被人提起。

在二十世纪中期，有两种竞争的理论用于理解宇宙物质的起源。

其中一种是宇宙大爆炸理论，即宇宙曾经非常的小、致密、炽热，然后膨胀成今天我们所观测到的广阔宇宙结构。

但当时，还有另一种跟大爆炸相互竞争的理论，即所谓的稳态理论，它认为物质不断被创造以维持宇宙，使其在大尺度上永恒不变。

在某个时候，稳态理论是天体物理学和宇宙学中最受讨论的观点之一，甚至连爱因斯坦也对它感兴趣。

然而，随着时间的推移，越来越多的证据支持了大爆炸理论，并且随着在宇宙观测范围内的年轻巨大类星体被发现的越来越多之后，稳态理论逐渐失去了光泽。

最后的会议已经召开，最后的演讲已经发表，最后的信徒已经退休，只留下装满旧而发黄笔记的文件柜。

于是我们来到了现代，继续探索一个基本理论，它能解释我们宇宙中的一切，即将广义相对论和量子力学这两个支柱统一起来的追求。

我们目前的量子引力理论框架被称为弦理论和M理论。

这些理论认为，在自然界的最深处存在着额外的维度和微小振动的弦，或者是延伸在人类不可感知的，存在于宇宙中的庞大的多维膜。

很多物理学家和数学家正在致力于这些尖端理论，定期举行的会议将这些年轻的人和老年人都聚集了起来，所有人都在追逐着物理学的圣杯，一个能解释一切的统一理论。

但这些理论能否经久不衰呢？

它们是否代表了宇宙基本问题的可行的解决方案，或只是一群被优美的数学所误导的天才，找到与现实世界相联系的希望很渺茫，更不用说可实践的证据了？

有一天，弦理论和M理论是否也会成为被遗忘的陈迹呢？

它们是否如泡利曾经猜测的那样“根本就不对”呢？

2022年的诺贝尔物理学奖授予了关于量子纠缠方面的研究，引发了关于我们的宇宙是否真实的深刻问题。

不幸的是，对于我们控制的设备来说，我们在宏观世界的位置似乎是不同的。

那“基本”到底指的是什么呢？

通常指的是向内探究物理的距离，人类的物理尺度是在 1.5米左右，然后把视野缩小到约为1厘米的昆虫尺度的范围，这个比例差不多有100倍。

接着，我们将视野缩小到细胞的尺度，它们是人体新陈代谢的发动机，这使我们的视野缩小了一万倍，达到微米级别。

我们继续往下推，当再缩小一千倍的时候，我们来到了分子的尺度，然后是原子和电子轨道中的量子力学化学键，这些形成了生命的基本构建模块。

此时，我们的距离略小于十亿分之一米，在这个尺度下，量子力学开始掌控着一切。

如果我们环顾四周，在一个小立方体内，其边长为十亿分之一米，那么能够适合我们身体的这样的立方体的数量比宇宙中的恒星数量还要多。

但这仅仅只是我们向内探索的开始。

在原子核的中心，半径比原子本身的大小小十万倍。

核球由质子和中子组成，这些夸克的小团被强核力牢牢地粘在一起，也相互吸引。

现在我们到达了1飞米的距离，进入了粒子物理学的领域。

也侧面显示粒子对撞机的强大。

随着我们不断缩小物质的尺度，我们到达了粒子物理学的领域。

利用粒子加速器，特别是大型强子对撞机（LHC），我们能够向内多探测一千倍，达到皮秒的尺度，但这已经达到了现在科学的极限。

在这之后，我们只能通过理论来继续向内、更深和更远地探索，直到到达概念的尺度，此时我们平常的经典时空观念已经崩溃，必须被一些量子机械的时空理论所取代，这种理论将代替爱因斯坦的广义相对论对空间和时间进行描述。

在这个距离尺度上，也许我们达到了弦的尺度——相对论的、量子力学的弦，一些物理学家认为它们可能是宇宙中最基本的构建块，也就是一切事物真正的组成基础部分。

令人惊讶的是，弦理论并不是最初被认为是自然界基本理论的理论之一。

在返回时，当距离尺度约为1飞米（1百万亿分之一米）时，我们进入了强力作用的领域。

强力作用是一种力，曾经有很多人认为它实际上是一种弦力。

弦理论最初的起源可以追溯到1968年的夏天，当时它作为强核力的一种可能理论出现，成为解释质子和中子之间相互作用和相互作用的力量的候选理论。

“弦论的[第一篇论文]在1968年的夏天抵达了伯克利……每个人都停下手头的工作，开始讨论这个想法是否可以进一步拓展。”

然而，它并没有取得成功。

在这种弦理论描述的强力作用中，质子和中子的内部结构涉及到弦，而不是粒子。

这产生了一个明确的预测：当它们以高能量相向而行时，这些粒子会像果冻球一样互相撞击而不是像硬的台球一样弹开。

因此，在1970年代初，利用实验进行仔细的测量表明，这些“硬散射”事件的数量远远超出了弦理论对强核力的预测。

作为强核力的一种理论，弦理论在1973年就已经宣布破产了，被正确的量子色动力学理论所取代。

然而，在理论物理学中，有时死亡只是一个开始。

一些人认为，弦理论中这些精妙的计算实在是太过美丽，完全让人无法割舍。

因此，在整个1970年代，一些物理学家，尤其是加州理工学院的约翰·施瓦茨（John Schwarz）和伦敦玛丽女王大学的迈克尔·格林（Michael Green），他们继续发展弦理论，不再将其作为强相互作用的量子理论，而是作为可能的引力量子理论。

在许多时候，这个理论都被证明与量子力学的定律不一致，因为它只在存在精确九个空间维度时才能运行，不能多也不能少。

那么这个理论的命运最终会是怎样的呢？

转折点出现在 1980 年代，弦理论成为量子引力理论的主要候选人，因为这个理论，可以将引力和类似电磁力的力合并在一起，使它们首次协调运作。

不过，有些人却做起了傲慢和愚蠢的梦，敢梦想粒子物理学的所有方面都将被独立确定 ， 一切都可以用弦预测。

然而，到了1980年代末期，人们发现弦理论的一个方面似乎有些奇怪。

它曾被吹捧为最棒的理论，至少在具有十个平坦时空维度的宇宙中，是解决粒子物理学所有问题的唯一答案。

唯一的问题是，在十维平坦时空维度中，并不只有一种弦理论存在。

实际上，有五种不同的弦理论：

第一种是IIA型（two-a）弦理论，

第二种是IIB型（two-b）弦理论，

还有两种是I型（one）弦理论，

最后还有一种称为异构弦理论（heterotic string theory）。

这些理论之间都存在细微的差异。

II 类型理论和异构弦理论都是所谓的闭弦理论：所有涉及的弦都是回路，像弹性带一样回到自己上，类似一个圆，它们没有端点。

在这三个理论之间，它们的内部动力学也略有不同：在每种情况下，弦的行为方式也有所区别。

I类型理论包括了闭弦和开弦：但这些弦不是闭合的，而是有端点，像一根不断破裂的鞭子一样振动着，速度接近光速。

开弦和闭弦在它们的相互作用方式上是不同的，闭弦的行为更像是引力，开弦则更像是电磁、弱和强力的推广。

虽然五个并不多。

然而，它引出了一个难题。

到底该选谁？

对于任何野心勃勃、可能有些傲慢的物理学家来说，希望弦理论可能是唯一的理论，即使是两个也太多了。

由于存在五个一致的理论，那么是什么决定了这五个理论中的一个是“被选中的”呢？

存在五个不同的理论并不意味着每个理论只有一个解决方案。

正如我们日常的引力理论包含了一个孤独的岩石在太空中飞行的解，以及我们的太阳系中有卫星环绕着卫星环绕着行星环绕着太阳的复杂情形一样，这五个弦理论中的每一个都有许多许多可能的方程解。

基本方程组只有五种选择，但解的数量却是无限的。然而，从基本方程的角度来看，似乎只有五种选择。

而五和一是不同的。

在一个古老的印度寓言中，一只大象走进一个城镇，遇到了一群盲人。

盲人们听到了大象的声音，便决定去摸一摸以便感受它的形状。

其中一人把手放在象鼻上，从头到尾摸了一遍。

“我知道了！”，他宣布道。

“这个生物是蛇的一种！”

另一个人摸到了大象的一条腿，感受到了它的巨大和力量。

“不，”这个人说，“这是一种走动的树干。”

第三个人碰到了象牙，象牙坚硬、长而锋利。

“你们两个都错了，”他说，“这是一种移动的战争机器。”

每个人都只能感觉到动物的一部分，但是没有人能够看到象的整体，这个连贯的巨型动物。

从今天的视角来看，20世纪80年代研究五种弦理论的物理学家就像是触摸大象的盲人镇民一样。

是因为今天，我们将这五个理论中的每一个都看作是单个基础对象的不同极限、不同边界，这个基础对象更加深奥而神秘，不是大象，而是M理论。

至于M代表什么？

神秘、魔力或其他什么东西，这个问题一直未有定论。

当然，五个类似但不同的弦理论实际上是一个整体的不同方面的想法，在曾经，这显得奇怪和令人惊讶......

直到爱德华·威廉·威滕（Edward Witten）在1995年的弦论会议上发表演讲。

威滕可以说是一位几乎不存在的物理学家。

他被广泛认为是那时代最杰出的数学物理学家，不过，奇怪的是他的本科学位是历史学位。

在短暂地为1968年麦格弗纳总统竞选活动提供帮助之后，威滕决定把精力放在自己主要感兴趣的科学领域。

他一度担心自己无法追赶上其他人，最初便申请攻读经济学的研究生课程作为跳板。

幸运的是，普林斯顿看到了他天生的才能，于是很方便的让他成为了理论物理学的研究生。

理论物理和纯数学是两个用共同语言分隔开的学科。

虽然它们都使用相似的符号，但它们的思维方式和严谨标准却截然不同。

对于数学家来说，物理学家常常会让人感到沮丧，因为他们无法给出精确的定义。

而对于物理学家来说，数学家又太过于沉迷于严谨性和证明显而易见的结果，他们永远无法解决实际上的问题。

威滕的伟大之处在于他精通两种语言，物理学和数学，并在物理学和数学之间的交叉领域重新建立了联系。

他利用量子场论和弦论之间的深刻联系，重新点燃了这两个学科之间的关系，最终成为第一个获得菲尔兹奖的物理学家，这是数学界的最高荣誉。

1995年时，众多发现让维滕成为了备受关注的人物。

在参会者享用完欢迎咖啡，坐下准备聆听1995年3月14日上午在美国加州南加州大学举办的弦论会议时，一些人已经有预感到他们将目睹会有某些特别的东西出现。

当威滕站起来开始演讲时，听众很快就意识到他们正在聆听一些真正具有历史意义的东西。

因为他正在描述一个全新的弦理论大饼。

威滕声称，并不是真正的有五个基本理论，而只有一个，五个弦理论（和一个额外的非弦理论，叫做超引力）应该被视为是一个更基本理论M理论的边界。

这个理论是连续的，在一个神秘的内部连接着一系列边界上的理论，就像澳大利亚那些繁荣的沿海城市（如珀斯、达尔文、阿德莱德和悉尼）都属于同一个被一个巨大的内陆沙漠所填满的大陆一样。

虽然穿越内陆的路径可能是困难和复杂的，但它确实存在，这些路径将这些边界城市联系在了一起。

事实上，M理论中的M并没有特定的含义，而只是一个占位符，M后面的单词将在未来根据理论的发展而选择。

威滕说，M理论是十一维的，而不是十维的，而这个十一维理论的基本对象不再是弦，而是来自第六个理论——超引力理论中的一个神秘对象。

这个神秘的对象就是膜，更具体地说是M膜。

它们是延伸至多个空间维度的扩展对象。

当某些空间维度变得非常小，膜可以围绕着它们并看起来像是弦，而在这些情况下，

实际上可以将十一维理论描述为弦理论。

因此，弦理论学者在长达十年的时间里，一直在着迷地研究弦理论作为自然基本图景的理论。

现在，该领域最具有影响力的思想家认为，真正重要的不是弦，而是称为“膜”的高维物体。

但是这些神秘的膜是什么，我们如何想象它们呢？

从一个带有张力的一维物体开始。

例如，小提琴弦，一根线，或一根长绳。

基本上，弦理论中的弦只是一维扩展对象，而所有弦理论的物理都来自于研究一维扩展对象的相对论性、量子力学的理论，它们以量子力学、相对论的方式在空间中移动和振动。

膜基本上是一个更高维度的版本。膜这个名字来自于——二维版本，是一个拉紧的表面。

想象一下鼓皮、细胞边界或肥皂泡表面，这些都是二维物体的例子。

一个二维膜（2-brane）是一个延伸到两个空间维度的物体，一个三维膜（3-brane）则是延伸到三个空间维度的物体，以此类推。

一个一维膜就是一个字符串。

尽管对于我们来说，想象具有一个空间维度（字符串）或两个空间维度（膜）的伸展物体并不困难，但数学可以很容易地将这个想法扩展到更多的空间维度。

因此，方程可以定义一些我们无法想象的对象，例如在九个空间维度中展开的四个空间维度的物体。

因此，威滕告诉他的听众，M理论的世界是一个具有十一个维度的世界，基本对象不是弦而是膜。

在这个十一维世界的不同极限情况下，其中一个维度变得很小，就会产生听众已经熟悉的五个十维弦理论，这些弦理论可能是我们世界的量子引力理论。

在这些较低的能量情况下，M理论中的膜（特别是称为M2膜的东西）可以变成十维弦理论的弦。

但这一切意味着什么？

一个维度如何变小会导致膜变成弦呢？

换个说法，如果一个维度变小这意味着什么？

虽然无法让这完全具有直观性，但我们可以让我们的直觉部分理解。

怎样可以使额外的维度是真实的，但又不可观测呢？

一种感性的理解方法是想象我们的视角来到一只攀爬在一根既长又细的藤蔓上的昆虫。

蚂蚁或者其他昆虫可以沿着藤蔓向前或向后行走。

虽说昆虫尽管很小，相对来说仍然有点大了，不能将藤蔓视为具有超过一条线性的维度。

事实上，藤蔓的表面具有两个维度，用强大的显微镜放大，我们可以看到表面由许多细胞组成，向各个方向延伸。

这对于足够大的昆虫来说，实际上只有一个维度。

当然，这对于我们人类来说也是如此。

如果额外的维度足够小，我们（以及我们所有的技术）就太大了，太笨重了，无法解析它们。

感觉就像用拳击手套搭乐高一样，如果没有可以探测这些极小距离的工具，这些距离上的任何结构都是无法触及的。

这被认为是字符串理论中额外维度的情况 ，这额外的六个空间维度被缩成非常非常小的尺度。

但是M理论将这种反直觉的概念推向了更深的层次。

想象一个二维的M-膜，一个高张力的缩套表面，缠绕在一根长长的细线上。

受张力的物体会想要收缩和折叠。

想象一下形变服的弹性材料，这是一个受张力的二维伸展物体，它具有缩小表面积的天然趋势，因此它紧紧地包裹着定义其边界的物体（在这种情况通常指的是内部的人）。

因此，膜的极端张力将其缩小并缠绕在细线上，有效地将其转化为一个一维物体。

M理论与弦理论的联系很大程度上依赖于这个想法-膜环绕着小的维度，从而成为较低维度的对象，这些对象最终在弦理论中构成了我们体验到的世界基本层次。

如果M理论的十一个维度中有一个维度变得非常小，比其他维度小得多，那么弦理论中的一维弦将从M理论的真正基本的二维膜（称为M2膜）中出现，部分原因是环绕着小的第十一维度，从而成为一维的。

的确，所有五种弦理论都是从十一维M理论的各种极限中出现的，其中必定有一个小维度。

我们的宇宙将在这个神秘的M理论的低能边界之一上存在，这个世界的弦是由高维膜绕着微小的额外维度诞生的。

在1995年的那个加州早晨，一种新的弦理论观点出现在了人们眼前，即使弦本身也不是基本物体，因为它们从另一个更基本的物体，M-膜中产生而来，这一观点在数学上是非常出色的。

但是这对于现实意味着什么呢？

M理论中的膜能否真正预测我们的宏观世界，比如炽热的宇宙大爆炸，一个充满壮观星系不断膨胀的宇宙呢？

当你仔细观察池塘的表面时，有时可以看到一些浮游虫或倒游虫栖息在上面。

它们在水面上飞快地穿梭，似乎对下面的深度或上面的巨大高度毫不在意。

对于这样的昆虫，水面似乎就是它们的家园，它们被限制在了其中，与上面和下面分离开来。

一些科学家想到，也许，这样的情况也适用于我们人类。

就像生活在三维空间中池塘表面上的昆虫一样，我们生活在嵌入更高维度空间中的膜上。

也就是说，我们所认知的宇宙其实就是一个高纬度空间中的膜，我们就像类似更高维度的蚂蚁一样。

因为除了基本的二维M2膜外，M理论还预测了五维M5膜。

当这些五维膜环绕着M理论额外的第十一个维度和弦理论的其中一个小维度旋转时，一些物理学家推测它们可能会变成三维的，并且足够大到填满一个宇宙。

这些物理学家猜测，也许我们就生活在这样一个膜上，嵌入在更高维的空间中，构成粒子物理标准模型的电磁、弱和强力是沿膜表面扩散的涟漪，并被限制在其表面上。

就像池塘表面的张力波一样，膜上的张力波也会被限制在这个三维膜的表面上。

如果这是真的，那么唯一的例外只有引力了。

引力似乎是最普遍的力量，从方程式中可以看出，引力永远不能被限制在膜的表面上。

引力线不仅在膜的内部扩散，而且也能从膜的外部扩散。

这可能是解释引力力量比所有其他力量都要弱的原因之一。

用你的小指和它的电磁神经脉冲，你可以对抗整个地球的引力，举起一只笔，即使地球有着千亿亿吨的质量，也无法与你抗衡。

为什么呢？

为什么引力比其他的力量弱得多呢？

也许这是因为我们的宇宙存在于一个十维时空中的膜内，而强力、弱力和电磁力线保持在膜的内部，而引力线却在额外的维度中扩散，减弱了它们的强度，我们的宇宙只是天地真理的一小部分而已。

而这并不是物理学家和哲学家在探索膜世界时所走的唯一道路。

两个相撞的膜的可能性也出现在早期宇宙的宇宙学场景中。

在膜膨胀的想法中，与膜相关的巨大张力和能量将负责推动早期宇宙的极快加速膨胀期。

在这种情况下，膜穿越额外维度的运动将负责生成我们相信发生的宇宙的早期加速。

在另一个情境中，称为火焰宇宙学场景，很久以前，另一个膜向着我们的膜移动，穿越并超越了它。

这次碰撞的遗产将会是我们所观察到的宇宙超级结构，即星系和星系团，在我们的膜表面上形成一系列微小的扭曲，然后在引力的作用下逐渐增长。

因此，这些影响可能会让生活在膜上的我们为之着迷。

如果我们没有任何理由认为这些想象中的异域，和具有推测性的高维宇宙学可能是正确的，为什么要去想象它们呢？

为什么要认为膜和M理论是有意义的呢？

所有的理论物理学家都会面临着一个考验。

一封厚厚的信封里装着一本印刷的整齐的书。

随信附上解释说：“自从退休以来，我一直在发展一种新的自然理论，我认为我已经发现了一些爱因斯坦的错误。也许你能够看一看……”

泡利曾经说过，这种手稿不仅是错误的，而是根本毫无意义的。

相反，这些概念将是未定义的，这些句子也将无法相互推导，就像未定义的方程式跟随着未定义的方程式一样。

对于理论物理学的专家来说，这份手稿显然是无意义的，即使对于局外人来说，一个复杂的方程式看起来很像另一个复杂的方程式。

因此，在每一次新的发展背后，这个问题始终绕在人们心头，M理论是否也是如此呢？

这是否完全错误？

这里涉及到两个正确性的概念。

第一个是M理论是否是我们世界的真实理论。

如果我们在可能的最深层次上观察宇宙，如果我们不断缩小距离，提高能量，那么M理论是否是我们存在的终极理论呢？

这里的问题是弦理论、M理论和膜是否作为同一伟大画卷的一部分，该画卷包括了牛顿的引力定律、麦克斯韦的电磁定律、相对论的特殊和一般理论以及粒子物理学的标准模型。

这是真的吗？

理论物理学本来就很困难，即使是在有实验证据的情况下也是如此。

弦理论和膜的想法，以及其他量子引力理论，都走在一条特别孤独的道路上，一条超越实验直接检验的道路。

这个挑战的难度很高，即使是在最好的情况下进行理论物理研究时，也会存在一些困难，尤其是在没有直接实验支持的情况下，如弦理论、膜理论和其他量子引力理论等。

就是说嫌疑人在只有口供，没有物证的情况下，我们如何给它定罪呢？

实验支持是理论物理中非常重要的一环，但直接测量弦理论等理论的效应需要更高能量的粒子加速器。

把这个挑战放在适当的背景下，目前大型强子对撞机能够达到的能量水平仍然比测试量子引力尺度所需的能量低得多...

大约低于十万亿倍。

要建造一个能够达到量子引力尺度能量的等效对撞机，使用相同的技术，一套类似的磁铁贯穿整个地球赤道是远远不够的。

相反，我们需要在水星和金星之间的某个地方建立一个类似的环形对撞机，显然这还为时过早。

但有第二种正确性的概念，虽然也很难实现，却不像跨越整个太阳系的强子对撞机那么难。

这就是数学正确性的概念，即内部一致性。

我们如何测试我们的方程式实际上是有意义的呢？

对于试图跟随理论物理前沿辩论的非科学家来说，这些讨论有时听起来像是一场宠物小精灵的对战，科学家们互相扔出各种想法：“摄动有限性”、“对偶性”或“背景无关性”等。

谁会是正确的呢？

是其中一个，还是两个？

或者都不对？

确实很难说的清楚。

原则上，人们可能认为通过阅读某个人的论文，就能很容易回答，只需去看看他们说的是否有道理即可。

但实际上，这并不那么简单。

理解别人的新想法是需要时间的，这并不容易。

即使你是领域内的专家，要想完全理解和评估一个新的理论，也需要深入研究和探究。

更何况对于非专业人士来说，这些理论更是难以理解和评估。

此外，新理论往往涉及到很多复杂的数学和物理概念，甚至需要新的数学工具和技术来解决。

因此，要评估一项新理论的正确性，需要大量的研究和尝试，也需要很多人的合作和共同努力。

首先，我们如何区分一个错误的想法和我们还没有理解的想法呢？

或者换句话说，我们如何确定一个理论在内部是一致的？

最重要的是，在没有任何实验数据或甚至可能性的情况下，我们如何证明膜、隐藏维度和M理论是否正确或错误呢？

M理论最终是否代表了泡利所说的毫无用处、不被测试的“甚至不是错的”漩涡，只是优美方程的一个例子......

还是有其他的可能性呢？

就在纽约不眠之城的不远处，有一个宁静的学院城镇普林斯顿。

在这个著名校园的边缘，一坐研究所隐藏在林间。

普林斯顿高等研究院的教授不需要教授本科生或参加实验班，向笨拙的学生展示如何使用示波器。

相反，他们的职责是深入思考。

罗伯特·奥本海默（Julius Robert Oppenheimer）曾经领导过该研究所。

弗里曼·戴森（(Freeman John Dyson)）也是该院的教师之一。

其中最著名的是第一批聘用的教授之一：阿尔伯特·爱因斯坦。

尽管爱因斯坦晚年在普林斯顿研究院的时间不是他最富有成果的时期，他极力想要找到一个统一的物理理论，最后却无功而返。

如今，在普林斯顿研究院最杰出的思想家之一是阿根廷物理学家胡安·马尔达塞纳(Juan Martin Maldacena)。

他安静而温和，与之相比，其他物理学家可能更加咄咄逼人或大声喧哗，但很少有人比他更加深入思考。

因此，1997年，沉浸在膜物理学的深思中的马尔达塞纳提出了一个引人注目的新理论。

虽然M理论似乎是为了引起注意而被命名的，而这个想法却有一个更加谦逊的名字。

AdS/CFT对偶。

这种对偶可能是过去三十年来从弦理论中涌现出来的最重要的理论思想，它导致了对重力的意义以及空间维度的意义的深刻重新评估。

马尔达塞纳的卓越洞见源于思考物理学在一个假想的靠近膜的观察者看来会是怎样的。

他认为有两种可能的思考方式。

第一种，他想象了生活在膜上的情况，将所有物理现象视为膜表面的波动，即通过水甲虫在池塘表面所感知的物理现象，以及这些波动之间如何相互作用。

在第二种情况下，他将膜想象成一个存在于更大空间时间中的引力对象，现在由高维引力理论来描述，即外部高维观察者从上方窥视池塘表面的物理现象。

马尔达塞纳的关键洞见是，虽然实际物理学必须是相同的，但这两个不同的观察者将使用非常不同的方程式来描述这些相同的物理学。

生活在膜上的观察者将使用非引力理论来描述这些物理过程，这种理论类似于用于描述标准模型的理论。

第二个观察者（靠近池塘表面观察的人）是外部宇宙空间中的观察者。

这位观察者将膜看作是时空中的一个引力物体，并使用引力理论来描述其附近的所有物理现象。

这个理论使用了膜本身的所有空间维度，但又多了一个空间维度，对应于垂直于膜表面的“垂直”方向（或者是竖直向上/向下的池塘方向）。

马尔达塞纳意识到，由于这两个理论描述了相同的物理系统，它们必须始终给出相同的答案。尽管这两个不同观察者的描述看起来非常不同，但只有一个物理系统，因此它们给出的结果必须相同。

无论是什么过程，对于该系统中可以计算的任何物理量，都有两种不同的方法可以得出答案。

第一种方法是使用第一位观察者的理论，这是一种类似于用于描述标准模型中强相互作用的非引力理论；

而第二种方法是纯引力理论，涉及到一个额外的空间维度。

这是怎么做到的呢？

或许，马尔达塞纳敢于梦想，认为这是因为这两个表面上不同的描述实际上是同一个理论。

用物理学的术语来说，这两个描述是相互对偶的。

你可以在一个描述中进行的任何计算，也可以在另一个描述中进行。

众所周知，通过了解罗塞塔石碑上的信息，知道它是使用三种语言中相同语义来解读的埃及象形文字。

一个对偶就像是科学版的罗塞塔石碑：同样的信息出现在不同的语言中。

以下是在这个理论中计算出的一个量，需要进行一项英勇的计算工作，其准确度超越了粒子物理学中所达到的任何水平。

如果让你随意写一个分数，你不会写出这个式子，你不可能凭借偶然性地写下这个表达式。

这个表达式是在物理计算中产生的，由生活在膜上的观察者所感知，将膜视为一种波动的张力表面（尽管在这种情况下，表面是一个四维超曲面）。

根据马尔达塞纳的对偶理论，这个计算应该与在一个五维引力理论中进行的计算是完全等价的。

这个计算也已经被完成了...

完全一样。

所有在四维理论中为生活在膜上的人们计算出来的复杂结构，都被在五维引力理论中为膜视为高维时空中的一个引力对象计算出来的第二个计算所复制。

这一切到底意味着什么呢？

要理解这一点，我们必须了解有关量子理论的一个普遍属性，一些理论比其他理论更具有量子性。

对于某些物理学的描述，经典物理学能够极其精确地运作。

比如描述重力如何影响一个抛出的球，我们不需要用到量子力学。

虽然量子效应是存在的，但它们非常微小，我们可以完全忽略它们。

在黑洞奇点附近，量子效应可能在引力中起作用，但对于大多数目的来说，它们是微不足道的。

对于其他理论，系统的量子性质对一切都至关重要，对于试图理解标准模型内强相互作用细节的物理学家而言，量子效应总是很大的。

而这就是其中的惊喜之处。

马尔达塞纳提出的对偶性的一个关键特征是，一个五维引力理论和一个四维非引力理论之间的等价性和相似性。

这是一个惊人的主张，最初似乎完全是无稽之谈。

一个五维引力理论和一个四维非引力理论相同？这毫无意义。但这正是关键所在。

正是这个看似矛盾的等价性让马尔达塞纳对偶成为了突破性的思想。

一开始这种说法看起来很离谱，显然是错误的，但正是这一点让它的真实性如此深刻。

自从首次提出以来，关于马尔达塞纳对膜物理学的大胆猜想，AdS/CFT 对偶的证据越来越多，而这些证据一遍又一遍地表明，弦理论中的膜在数学和理论上是一致的，尽管我们仍然不知道它们是否与现实世界相关。

无论我们最初多么怀疑，多么惊讶，至少从数学角度来看，这种对偶是真实的。

实际上，截然不同的理论可以用不同的语言传递相同的信息。

这不可能是偶然的，显然，有一种更深入更一致的结构，可以解释这些数学联系。

截然不同的起点，不同的计算方法——但是，最终得出了相同的答案。

对于我们对世界的理解来说，最重要的是，只有当弦理论中的膜是真实的一致对象时，这种情况才可能发生。

当然，至于 M 理论是否最终是我们世界的一致理论，我们现在还不知道。

我们知道它是某些事物的一种一致理论；深刻的思想隐藏在符号背后。

通常，我们对于空间的理解，即最后的边疆。

但这在物理学的世界中并非如此。

对于深入研究物理学的更基本部分的驱动力,通过原子、核、亚原子、粒子和标准模型，一直到神秘的量子引力领域，这是否会引导我们进入传说中的最后边界呢？

弦理论和M理论就是这个最终目的地吗？

或者解释是无穷无尽的，它们继续向前，越来越深入，越来越小，越来越基本，永无止境吗？

也许不是这样的，也许缩放是以微小的、量子力学的弦和心脏处的膜为结束。

我们还不知道，至少目前还不确定。

可以说，现在我们关于膜、对偶性以及将各种理论连接成整体的M理论的思想，它们在数学上是一致的。

或许，这也预示着它们在物理上是正确的。