斯坦福大学物理学家伦纳德·萨斯坎德热衷于发现能够改变物理学现状的理念。四十年前，他与人共同创立了弦理论，该理论最初受到嘲笑，但最终成为自然统一理论的主要候选者。多年来，他与斯蒂芬·霍金就黑洞不仅吞噬物体，而且将其碾碎到无法恢复的程度（违反量子力学）的猜想进行了辩论。霍金最终让步。萨斯坎德还帮助发展了现代平行宇宙的概念，该概念基于他所谓的弦理论“景观”。这破坏了物理学家们将宇宙解释为基本原理的独特结果的梦想。
寻求理解最深层现实的物理学家现在在一个很大程度上由萨斯坎德构建的框架内工作。但在此过程中发生了一件有趣的事情。他现在怀疑物理学家是否真的能够理解现实。
萨斯坎德担心现实可能超出我们有限的可视化能力。他不是第一个表达这种担忧的人。在 20 世纪 20 年代和 30 年代，量子力学的创始人分裂为现实主义阵营和反现实主义阵营。阿尔伯特·爱因斯坦和其他现实主义者认为，物理学的全部意义在于提出客观现实的某种心理图像，无论多么不完善。尼尔斯·玻尔等反现实主义者表示，这些心理图像充满了危险；科学家应该将自己限制在做出和测试经验预测上。萨斯坎德认为，现代物理学的矛盾和悖论证明了玻尔的谨慎是正确的。
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导致萨斯坎德得出这一结论的一件事是他的黑洞互补原理，该原理认为，落入黑洞的物体的命运存在固有的歧义。从坠落物体自身的角度来看，它会毫无事件地穿过黑洞的边界或视界，并在到达黑洞的中心或奇点时被摧毁。但从外部观察者的角度来看，坠落的物体在视界处被焚化。那么，到底发生了什么？根据黑洞互补原理，这个问题毫无意义：两种解释都有效。
一个相关的支持反现实主义的观点是萨斯坎德和荷兰诺贝尔奖获得者乌得勒支大学的杰拉德·特·胡夫特在 20 世纪 90 年代中期提出的全息原理。它认为，时空体积中发生的任何事情都可以通过其边界上发生的事情来解释。尽管我们通常认为物体在三维空间中飞驰，但我们也可以同样认为它们是在二维表面上滑动的扁平斑点。那么，哪个才是真实的现实：边界还是内部？该理论没有说明。在这种全息猜想中，现实是透视的。
为了更好地理解硬证据和未经证实的猜想之间的张力如何在物理学前沿发挥作用，我们请萨斯坎德解释了他的想法是如何演变的。
大众科学：一个布朗克斯水管工的儿子是如何最终质疑现实的本质的？
伦纳德·萨斯坎德：我是一个坏高中生。我的数学很好，但我是一个坏孩子，我惹了很多麻烦。结果就是我不被允许学习正规物理学。我被告知我必须学习汽车物理学。但在大学里，那是一所工程学院，我上了我的第一门物理课程。我就是比其他任何人都强得多，包括教授。幸运的是，我能做到他做不到的事情并没有成为我们之间争论的根源。但后来我实际上被一位工程学教授告知，他不认为我是当工程师的料，这是正确的。我问他：“我应该做什么？” 他说：“嗯，你非常聪明。你应该成为一名科学家。”
您上过哲学课程吗？
是的，我在大学里上过。我非常着迷于其中的一些概念。当我真正迷上物理学时，我对哲学的兴趣就消失了。
您喜欢哪些科学哲学家吗？
我是我认识的少数喜欢托马斯·库恩的物理学家之一。他部分是科学史学家，部分是社会学家。他基本正确地理解了科学范式转变时会发生什么。一种彻底的视角转变突然发生。全新的思想、概念、抽象和图景变得相关。相对论是一次重大的范式转变。量子力学是一次重大的范式转变。因此，我们不断发明新的现实主义。它们永远不会完全取代旧思想，但它们在很大程度上被那些效果更好、更好地描述自然、通常非常陌生、让人们质疑“现实”含义的概念所取代。然后，接下来的事情发生了，彻底颠覆了它。我们总是感到惊讶，旧的思维方式，我们拥有的布线或我们可能创造的数学布线，根本无法帮助我们。
在所有这些改造中，客观现实这样的东西还有空间吗？
每位物理学家都必须意识到世界上存在客观事物，而我们的工作就是去找出这些客观事物是什么。我认为，如果不意识到存在客观现实，你就无法做到这一点。客观性的证据是实验是可重复的。如果你踢石头一次，你的脚趾会疼。如果你踢石头两次，你的脚趾会疼两次。用石头一遍又一遍地做同一个实验，你会重现相同的效果。
话虽如此，物理学家几乎从不谈论现实。问题在于，人们倾向于理解的“现实”更多地与生物学和进化以及我们的硬布线和神经结构有关，而不是与物理学本身有关。我们是我们自己神经结构的囚徒。我们可以可视化一些事物。我们无法可视化其他事物。
爱因斯坦抽象的四维几何很难具体地可视化。它通过数学关系变得可可视化。当相对论突然出现时，在许多人看来一定是： “真实”时间怎么了？“真实”空间怎么了？它只是混入了这种有趣的东西，但有规则。重点是有清晰而精确的数学规则已经从中抽象出来，这些规则幸存下来，而旧的现实概念消失了。
所以我想说，让我们摆脱“现实”这个词。让我们在没有“现实”这个词的情况下进行我们所有的讨论。它会妨碍我们。它会让人联想到很少有帮助的东西。“可重复”这个词比“真实”更有用。
那么量子力学呢？根据该理论，以相同的方式踢同一块石头实际上可能会产生不同的结果。
这是最重要的问题，不是吗？量子力学中有两项发现颠覆了我们对经典现实的认知。一个是量子纠缠。量子纠缠所说的是非常奇怪的事情：你可以了解关于复合系统的一切，但仍然不了解关于各个组成部分的一切。这是一个很好的例子，说明我们根本没有为抽象做好生物学准备，以及我们的现实感是如何被扰乱的。
真正严重打击经典现实观念的另一件事是海森堡不确定性原理。如果你试图将一个物体描述为同时具有位置和动量，你就会遇到麻烦。你应该认为它具有位置或动量。不要试图两者兼顾。
这就是物理学家所说的“互补”吗？
完全正确。事实证明，黑洞事件视界的数学与不确定性原理非常相似。同样，这是一个“或”与“和”的问题。在完全经典的层面上，有些东西会落入黑洞，有些东西不会落入黑洞，等等。黑洞外有东西，黑洞内也有东西。我们了解到的是，这是错误的思考方式。不要试图考虑视界外发生的事情和视界内发生的事情。它们是对同一事物的冗余描述。你用一种方式描述它，或者你用另一种方式描述它。这意味着我们必须放弃旧的观念，即一条信息位于一个确定的位置。
如果我理解正确，全息原理将黑洞的互补模型扩展到宇宙。
是的。假设我们想要非常精确地描述某个系统。为了以高精度探测，你需要高能量。当你试图变得越来越精确时，最终会发生什么，你将开始创造黑洞。黑洞中的信息都在黑洞的表面上。因此，你对系统进行的描述越精细，你最终会将信息放置在边界处。
对现实有两种描述：要么现实是被边界包围的时空主体，要么现实是边界的面积。那么哪种描述是真实的？没有办法回答这个问题。我们可以将一个物体视为本体空间中的物体，也可以将其视为围绕它的边界上复杂的、混乱的信息集合。不是两者都有。而是两者之一。这是一个令人难以置信的混乱的从一件事到另一件事的映射。
弦理论最初的目标是为现实提供独特的解释。现在它给了我们多个宇宙。发生了什么事？
物理学界的大部分人已经放弃了试图将我们的世界解释为独特的、在数学上是唯一可能的世界。目前，多元宇宙是唯一的选择。并非所有人都在研究它，但没有明确、尖锐的反对它的论点。
1974 年，我经历了一次关于科学共识如何形成的有趣经历。人们正在研究尚未经过检验的强子理论 [亚原子粒子，如质子和中子]，该理论被称为量子色动力学或 QCD。在一次物理学会议上，我问：“各位，我想知道你们对 QCD 是正确的强子理论的概率的看法。” 我进行了一次民意调查。没有人给出超过 5% 的概率。然后我问：“你们都在研究什么？” QCD、QCD、QCD。他们都在研究 QCD。共识已经形成，但出于某种奇怪的原因，人们想展示他们持怀疑态度的一面。他们想表现得强硬。围绕多元宇宙的想法也存在同样的因素。许多物理学家不想简单地承认并说：“看，我们不知道任何其他替代方案。”
宇宙非常非常大。根据经验，我们知道它的体积至少比我们永远可以看到的部分大 1000 倍。宇宙暴胀概念的成功开启了宇宙在足够大的尺度上是多样化的可能性。弦理论提供了可以以大量方式组合在一起的 Tinkertoy 元素。因此，没有必要寻找解释为什么我们世界的一部分恰好是现在这个样子的原因，因为世界上还有其他部分与我们的世界不完全相同。不可能有关于一切事物的普遍解释，就像不可能有定理说行星的平均温度是华氏 60 度一样。任何试图计算证明行星温度为 60 度的理论家都是愚蠢的，因为那里有很多行星的温度不是这个温度。
但是没有人知道多元宇宙的潜在规则。这只是一种图景。没有人知道如何预测性地使用它。这种永恒暴胀的过程只是产生一个又一个气泡，并且产生任意数量的各种气泡。因此，这意味着一个与另一个的概率是无穷大比无穷大。我们希望有一个概率分布，说明一个比另一个更可能，然后做出预测。因此，我们已经从一方面看起来非常引人注目的图景，转向荒谬地试图衡量无穷大的概率。如果它要失败，那将是因为这个原因。
有可能进行理论物理学研究而不进行哲学思考吗？
大多数伟大的物理学家都有相当强的哲学层面。我的朋友理查德·费曼讨厌哲学，讨厌哲学家，但我很了解他，他内心深处也存在哲学层面。你选择思考的问题受你的哲学倾向的影响。但我也有强烈的预感，惊喜会发生，并且会颠覆你的哲学偏见。人们认为科学有明确的规则：你做实验，你得到结果，你解释它们；最后，你得到了一些东西。但科学的实际过程与任何其他事情一样，都是人为的、混乱的和有争议的。