在第6章中，我曾对规范/弦对偶给出了一个简要的介绍。让我概括一下其中的要点。一个规范理论和量子色动力学类似，它描述D3-膜上的弦是如何相互作用的。通过改变这个规范理论的一个参数，它们的相互作用可以变得强点也可以变得弱点。如果你使这个相互作用变得非常强，那么热的状态就会被一个包围着D3-膜的黑洞视界很好地描述。这个视界很难被可视化，因为它是十维环境空间里的一个八维超空间。一个简化的帮助我去设想这个视界的方法是把这个视界想象为一个平坦的三维表面，它平行于我们生活的视界，但在第五维度上与我们分离，距离和温度有关。三维表面的温度越大，这个距离就越小。这是一个并不完美的可视化。它告诉我们这个第五维度与我们通常的四维并不相同。四维空间里的经验就好像是五维“现实”的一个投影。但与你在日光下看到的阴影不同，四维经验里所携带的信息并不比它背后的那个五维“现实”里的少。四维陈述和五维陈述实际上是等价的。这种等价既微妙又精确。这是一个关于类固醇激素的隐喻：每一个在四维物理学中有意义的陈述都有一个五维的对应，反之亦然——至少原则上是这样。
其他弦对偶也有类似隐喻的性质。比如，如果你记得的话，十维弦论和十一维M-理论之间的对偶包括了一个D0-膜与围绕圆形运动粒子之间的等效性。规范/弦对偶的特殊魅力在于它能在超出任何人直观想象能力的维度上把一个抽象的理论和另一个抽象的理论联系起来，除此之外，借助它人们可以用类似描述夸克和胶子的方法去直接处理四维物理学。所以五维空间中的对偶对等物也具有特殊的重要性。对我们现在的讨论，最重要的就是重离子对撞产生的夸克——胶子等离子体和五维空间中黑洞视界的关系。这个类比能够成立的真正原因是重离子对撞产生的高温，这个高温足以融化核子使之成为夸克和胶子的混合。核子本身相对而言难以被转化为五维的构造。单独的夸克和胶子也很难。但一群强相互作用的夸克和胶子的集体行为却很容易：因为它们形成了视界。
不可否认，规范/弦对偶有一个很难被描述的性质。根据已经确立的技术的理由，规范/弦对偶有这样一个第五维是非常奇怪的，它和我们平时知道和喜欢的维度不一样。这看起来不太像是一个物理学的方向，而像是一个可以用来描述四维物理学内容的一个概念。归根结底，我不相信作为万有理论弦论的六个额外维度会比规范/弦对偶的第五维更可信。
还有一件挺讽刺的事，这个黑洞的温度是非常高的，与星系核心存在的黑洞的温度形成了强烈的反差。回忆一下我们在第3章中的粗略估算：星系中央的一个黑洞可能有上万亿度开尔文。五维空间中与夸克——胶子等离子体形成对偶的黑洞的温度会超过三万亿度开尔文。造成这种区别的是五维几何弯曲的形状。
如果我们接受这样一个图景，即把夸克和胶子的热集群看作是五维中的一个视界，那么这意味着什么呢？嗯，这意味着有好多事情你可以做，因为规范/弦对偶是一个做计算的好机会。最热门的计算之一是计算黏滞性：由黑洞的几何开始计算，尽管等离子体的密度足够大，但算出来的剪切黏滞性非常小，这个结果看起来与被广泛接受的对数据的解释符合得很好。还有一些计算与能量很高的粒子有关，正如我在前面介绍过的这些粒子不能在等离子体中穿行很远，这个现象与黑洞物理学有着很明显的关系：没有什么东西可以从黑洞里跑出来。但这与说没有什么东西可以穿透热介质很远是不太一样的。这里应该如何解释呢？
当我正在撰写时，实际上这里是有一些关于正确答案的争议的。我将仅介绍故事的一面，然后稍微提一下这个争论是关于什么的。
我将要解释的故事的一面涉及“QCD弦”这个概念。这是一个非常重要并且很受欢迎的概念，因此我要稍微停一停并介绍一下它是从何而来的。首先，你应该记得电子会产生一个虚光子云。这些光子可以通过一个电场来描述。实际上，任何带电的物体都会产生一个电场。比如，一个质子可以，质子周围的电场告诉另一个质子，作为对第一个质子的反应它应该向哪个方向移动。质子和质子之间的电作用是互相排斥的。我们用从质子出发，在各个方向上向外指的电场来表示这种作用。质子能够吸引电子，而这用相同的电场来表示：对这些电子而言，电子带负电，电子感受电场受到的相互作用与质子感受同样电场受到的相互作用正好相反。
夸克和电子在深刻的层次下是相似的，尽管它们也深刻地不同。夸克能产生一个可以被理解为“色——电场”的虚胶子云，它能告诉其他夸克如何运动。迄今为止，这都很类似于电子。但虚胶子之间的相互作用很强，这就完全不同于光子了。因为这种相互作用，色——电场会贯穿自身成为一个狭窄的弦——QCD弦——它从一个夸克指向另一个夸克。这里存在着叫介子的对象，它们能很好地被这些术语描述：两个夸克由一个QCD弦相连。通过研究介子的性质，你就能够推知一些QCD弦上的动力学，它在某些方面和弦论中的弦颇为相像。实际上，这类研究比量子色动力学或弦论还要早！它们为以下设想提供了素材，即弦可以用来描述亚原子物理学的特性。那些设想的现代化身是规范/弦对偶及其与量子色动力学联系研究的一部分。现代弦论和量子色动力学之间的真正区别是在弦论里弦是被当作基本对象的，而在量子色动力学里弦被当作是很多虚胶子的一种整体效应。尽管如此，我们从弦对偶中学到的一课是不要太过坚持哪种理论构造是基础的而哪种是衍生的：当情景发生变化时，我们应该使用最方便的语言去描述物理实在。
图8.2 上图：一个质子周围放射状向往外的电场。下图：由一个夸克产生的色——电场能形成一个QCD弦，这个QCD弦能结束于一个反夸克上。
现在假设一个产生于硬过程的夸克正艰难地穿越夸克——胶子等离子体，就像一颗子弹穿越水。QCD弦背后的想法仍然有一些用：虚胶子围绕着夸克，这些胶子和它们自己相互作用，它们会产生一些集体趋势倾向于形成一个QCD弦。但还有另外一些事情在发生：所有热集群里的夸克和胶子都与原来的夸克发生相互作用，同时也和它可能产生的任何虚胶子发生相互作用。这个热集群能够阻止QCD弦的完全形成。总之，这个图景看起来有点像一只蝌蚪：原来的夸克像头，它倾向于形成的QCD弦是尾巴。蝌蚪尾巴在水里摆动和拍打的方式就像热集群与虚胶子作用的方式（就我所知）。这个图景现在在量子色动力学里还不是精确或定量的。但在规范/弦对偶中存在和它类似的东西。一根弦从一个夸克上垂下去伸进黑洞的视界里。当夸克向前移动的时候，弦被拉着也向前移动。但弦的尾部进入了黑洞的视界里，在某种程度上被卡住了。弦把夸克向后拉，因为弦无法使它的另一端摆脱黑洞。最终，夸克或停下来，或掉进黑洞里面去。无论哪种情况，夸克都不会走很远。
图8.3 一个在热介质中穿过的夸克就像一团夸克——胶子等离子体拖着一根垂向第五维的弦，这根弦最终将穿过黑洞视界。当夸克移动的时候，它后面尾随的弦将对夸克产生一个拖曳的力。
我刚刚叙述的这种图景应当最适用于重夸克。重夸克的例子是粲夸克，它的质量比质子多50%，此外还有底夸克，一个底夸克的质量是质子质量的四倍多。这些夸克基本上不存在于普通的物质里，但它们能在重离子的对撞中产生。普通物质中的“普通夸克”，连同具有相同质量的反夸克，它们通过重离子对撞实验产生，比对撞产生的重夸克要多得多。有些人正在努力把夸克及其垂下的一根弦的图景推广到普通夸克，但迄今为止这些努力都还是尝试性的。
最重要的是规范/弦对偶给我们提供了一个重夸克能在一个与夸克——胶子等离子体类似的热介质里穿越多远的估计。手上有了这个估计，下一个任务就是看其是否与实验数据符合了。
这个问题很棘手，因为以下两个原因。首先，实验物理学家无法训练一台针对夸克——胶子等离子体的显微镜并观察一个重夸克缓慢运动并停下来的过程。相反，他们的等离子体小球，包括重夸克，会在光穿越一个金原子核的时间量级里就爆炸。那是一个非常非常短的时间：只有大约4×10-23 秒，即四十个一秒的一万亿分之一的一万亿分之一。他们能够观察到的只是数以千计的粒子产生出来。他们可以通过研究这些残骸来推论粲夸克是如何与介质相互作用的，这让人印象非常深刻。我想实验物理学家对这种推论会相当谨慎，他们不得不采取半信半疑的态度。对他们的测量可能有99.99%的信心，但仍然不能确定粲夸克能平均穿越等离子体多远。
把规范/弦对偶的预言和数据比较是棘手的，为什么棘手的第二个原因是弦论计算只能应用于一个类似量子色动力学的理论，而不能应用于量子色动力学本身。理论物理学家在他（或她）能够为一个实验物理学家做出确定的预言之前必须在一个（理论）和另一个（理论）之间做一些翻译的工作。换句话说，这里是有一些不确定的东西的。诚实地处理这个翻译的最好的尝试导致了对粲夸克停止距离的预言，它或者与数据大致吻合，或者可能要除以一个因子2。关于黏滞性也有类似的比较，结果就是对规范/弦对偶的计算结果而言，它或者与数据近似吻合，或者可能和结果正好差一个因子2。
所有这些听上去都还不是开香槟的理由。尽管如此，现代弦理论的计算能和最新的实验符合到两倍之内，这对高能物理来说仍是个巨大的新鲜事物。十五年前，所有的弦理论家都辛苦地工作于额外维度，而所有的重离子实验物理学家都在忙着建他们的巨大的探测器。甚至没人料想会有我刚才描述的那样的计算。现在我们互相研究对方的论文，我们去同一个学术会议交流，我们都为因子2操心，而且我们都努力指出下一步我们该做什么，这就是进步。
稍早，我提到了一个争议，这个争议是关于如何把高能夸克运动的停止翻译为牵涉弦和黑洞的过程。这个争议无论如何不是关于因子2的。相反，它是关于我们头脑中应有的关于高能夸克的物理图像的。我描述的这个图像牵涉一个由夸克垂下的弦，向下落在第五维中，并且进入黑洞的视界里。与之竞争的图像更抽象，但它本质上依赖于一个U-形的弦构造，而U的底部正好掠过视界。因为缺乏更好的术语，我将分别称这两个图像为拖尾弦和U-形弦。后者的一个优点是它可以用来描述普通夸克。这是一个好处，因为普通夸克的数量要多得多，因此研究起来也就更容易。U-形弦也能预言夸克的能量损失，其结果也是或者正确或者在两倍之内。麻烦在于U-形弦和拖尾弦的“修正因子”是分别取定的。而且，每种图像的支持者都对对方做了具体的批评。这不是一个容易解决的争论。这里的问题是抽象的，两种图像用到的假设稍有不同，而与实验数据的符合只是近似。我仍把这看作是新的健康迹象，即弦理论家为至少可以近似与实验数据进行比较的计算的优缺点进行争论。
未来会如何呢？对重离子对撞，我认为答案是越多越好。弦理论家能够做的计算越多，他们就能应对更多在翻译过程中碰到的困难问题。目标是在五维构造和实验可观测量间建立一个合理连贯而且自洽的映射。这个程序有可能在某个点上遇到障碍：在弦理论构造和真实世界量子色动力学之间也许会存在一些无法逾越的差异。迄今为止这还没有发生过。也可能弦论计算因为缺少足够的能力处理技术困难而逐渐枯竭。弦论看起来确实是一阵一阵的：很多进展，相对的停滞，然后更多的进展。
大型强子对撞机的实验物理学家将考虑用比相对论性重离子对撞机（RHIC）高得多的能量撞击铅原子核。（记住，对重离子碰撞来说，铅和金几乎是一样的。）这些对撞产生的数据将给理论研究一个极大的新激励——不论其是否与弦论有关。我们可以预期的一个进展就是，大型强子对撞机的重离子对撞将比相对论性重离子对撞机能产生的重夸克要充裕得多。此外，大型强子对撞机用的探测器比相对论性重离子对撞机用的要高级得多。所以有理由期待一个更清晰的关于快速移动夸克的能量损失的物理图像会从大型强子对撞机浮现。
