回到1984年弦理论才刚刚起步时,当时斯特鲁明格对我的回答感到沮丧。从理论家的观点看,只要有一个或仅仅几个这样的流形,一切都会变得简单。1985年在伊利诺伊州的阿贡国家实验室召开了早期弦理论的主要会议,我在会上向大批物理学者宣布了这个消息,使大家的狂热冷却了一点。
这次会议中,所有弦理论的领军人物和其他领域的高手都来了。他们做报告,提交论文,其中包括戴维·格罗斯和赫拉尔杜斯·霍夫特(Gerard'tHooft)两位未来的诺贝尔物理学奖的得主。上面提过的格林、施瓦茨和威滕也来了。我也提交了有关卡拉比—丘空几何的论文,题目很专业,叫《具零里奇曲率的紧三维凯勒流形》,题目中的凯勒流形是复流形,三维复流形的实维数等于6,符合弦理论的要求。
到阿贡开会之前,霍罗威茨、斯特鲁明格和威滕问我能否找到一个欧拉数为+6或—6的卡拉比—丘流形。欧拉数(或欧拉特征)是把拓扑空间分类的简易方法,它是个可正可负的整数,人们用它来测试两个拓扑空间是否等价。试看一个简单的例子,四面体或“三角形金字塔”含有四个三角形的面,它的欧拉数为2,即由面的数目(4)加上顶点的数目(4),然后减去棱边的数目(6)而成。
欧拉数或欧拉特征原来是用来分类多面体的,后来发现也可用来描述更复杂的拓扑空间(包括卡拉比—丘流形)。对多面体来说,欧拉特征由公式F+V—E给出,其中F为面的数目,V为顶点的数目,E为棱边的数目。用这简明的公式,即知正立方体的欧拉特征为6+8—12=2。四面体则为4+4—6=2。1750年欧拉首先发现所有凸多面体的欧拉特征皆等于2。
威滕说明了粒子类别的数目必须等于流形欧拉数绝对值的一半。因此,物理界的友人都希望能找到一个欧拉数为+6或—6的卡拉比—丘流形。一个欧拉数绝对值为6的流形,刚好能导致三大类粒子,这是现代物理的“标准模型”中的基本特征。
弦理论学者的宏图大计,首先是要说明如何从弦理论推导出物理学界众所周知的“标准模型”,然后始能更进一步。可是,坎德拉斯他们利用的卡拉比—丘流形只能导出四类粒子,虽然离三不远,但还不够。相差了一类是严重的偏差,就像在电影《小鬼当家》中,一个小孩给弄丢了,情况必须尽快解决。
出发前往阿贡之前,我没有时间考虑这个问题。在从圣迭戈飞往芝加哥途中,我在飞机上开始思考,到达奥黑尔国际机场前,就找到了一个欧拉数为—6的卡拉比—丘流形。我巴不得立刻把消息传开去,但在这样做之前必须先找人送我到会场。有个人上前和我打招呼,我以为他就是大会安排的司机。可是上车后才知道他从来未闻阿贡实验室,当然亦不知它在那里。四十多公里的路程,绕道而行,车资竟花了五十美元,而且已经是狠狠地杀了价。
我在这次会议上的讲话反响很好。我曾参加过很多科学上的集会,尤以这次的印象最为深刻。大会弥漫着一片激动的气氛,充满乐观的情绪。与会者对大会主题的专注亦使人难忘,他们不仅把自己的工作成果和大家分享,而且对于同一个主题,天大的主题,竭尽心力去破解它。媒体方面也派人来了,他们字字留心,大家都有这样的想法,科学研究到了一个万众期待的关键时刻,这将是场影响深远的会议。
要长久地保持这种激情是不可能的,可是弦理论的终极目标是如此恢宏,就算真的能完全实现,也要花上很多年的时间。理论刚开始时,大家都满怀希望,想要创造一套包罗万象的理论,可是迄今还未成功,亦可能永远不会完全成事。纵然如此,弦理论对物理和数学已有了许多意想不到的贡献,就算弦理论终究成不了大自然的终极理论,至少它是迈向这方向的一步。到了现在,这套理论已有许多有趣的结果,使人们赞叹不已。所以,就算到了最后,弦理论达不成人们原来对它的指望,我们也不能视之为失败,毕竟弦理论引发出来的数学发展可以说是划时代的。
而我个人,则带着雀跃的心情从阿贡实验室回到圣迭戈,急不可待地投入弦理论的研究。我请了一个物理学博士后布赖恩·哈特菲尔德(BrianHatfield),他的博士论文和弦理论有关。那年我有十五个研究生,我跟他们讲述如何构造卡拉比—丘流形,那是在往芝加哥的飞机上想到的。学生田刚指出这方法能用来构造更多欧拉数为—6的流形,稍后确实也造出来了。不过,后来发现这些所谓新的流形,虽然看来非常不同,其实它们都可以由我找到的那个流形通过形变产生,因此它们和原来的流形在拓扑上是等价的。