一名理论物理学家的回忆

2018 年 2 月 5 日 中国物理学会期刊网

如果你有读过关于弦理论、量子场论或黑洞信息悖论的文章，那么你肯定不会错过一个名字：Joseph Polchinski（约瑟夫·玻尔钦斯基，1954-2018）。2017年，他因在这几个领域做出的革命性进展而被授予“基础物理学突破奖”。

○ 2018年2月2日，著名的物理学家Sean Carroll在twitter上发布了Polchinski教授去世的信息。

Polchinski 在美国加州大学圣巴巴拉分校的科维里理论物理研究所（KITP）工作了25年。当他的思考陷入困境时，他常常从办公桌前起身，来到黑板前写写画画，再之后他会漫步在办公室所在的大楼内，寻找一处“绝佳”的安静空间继续他的思考。有时，他会将散步的路线变得更长，甚至延伸到海边的悬崖处。

○ 图片来源：Brinson Banks/Quanta Magazine

任何一位学过弦理论的读者都应该知道Polchinski 在1998年时撰写过的《弦理论》，这是一本极具创造力和影响力的教科书。20世纪90年代中后期的“第二次超弦革命”，部分原因是由他在1995年10月的一次顿悟所致。他打趣道：“我认为这一刻发生在我的办公室，但也有可能发生在通往男厕的路上。”

○Joseph Polchinski撰写的《弦理论》

在第二次弦革命中，D膜是一个非常重要的发现。根据 Polchinski 的研究，D膜（特定的某些一维弦、二维膜和更高维的物体）在10个时空维度上波动，并塑造了宇宙的属性。Polchinski解释说：“D膜的关键特点在于它们能携带一些其他任何东西都不具备的电荷。这能从我几年前写过的两篇论文的结合中得出。” 这一发现意味着D膜在本质上是弦理论的重要组成部分，由将不同版本的理论结合在一起的数学对偶性所预言。D膜为这一理论增添了一种新的数学结构，使得研究人员得以将宇宙的三维结构视为巨大的D膜来构建宇宙学模型。

○ 图片来源：Brinson Banks/Quanta Magazine

21世纪初，Polchinski 和 Raphael Bousso 一起掀开了弦理论史上一个更令人苦闷的篇章。他们希望宇宙的属性可以通过一个基础理论被解释为不可避免的独一无二的结果，但通过计算，发现弦理论允许的解高达10^500个。

○ 图片来源：Brinson Banks/Quanta Magazine

2012年，Polchinski 再次搅乱了这一锅“浑水”，他发现了一个跟黑洞本质有关的悖论。他与 Ahmed Almheiri、Donald Marolf 和 James Sully 三位物理学家经历了超过三个月的时间的讨论，最终提出了“火墙悖论”。

○ 2012年，Polchinski与其它三位合作者提出了火墙悖论，使黑洞信息悖论变得更加扑朔迷离。| 图片来源：arXiv:1207.3123v4

Polchinski曾说：“首先要知道的是，量子力学和广义相对论作为物理学中的两大重要理论，在大多数情况下都运作得非常好，但我们却不知该如何在一些极限情况下（如大爆炸之初）将它们结合在一起。黑洞就是这样一个绝佳的测试场地。火墙悖论说的似乎就是我们必须修正这两个理论中的其中一个，而结论就是黑洞的内部被一堵量子比特墙所取代。” 这是一个戏剧性、甚至有些令人不快的结论，然而理论家们却很难找到避开黑洞火墙的方式。