本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
生物学家鲁珀特·谢尔德雷克，我在上一篇文章中采访了他，并不是我最近在Howthelightgetsin节上一起玩耍的唯一一位迷人的科学家，这个节日是由艺术与观念研究所主办的。我还结交了乔治·F·R·埃利斯，这位物理学家-数学家-宇宙学家，是一位权威的宇宙大爆炸和其他宇宙谜团专家。埃利斯和我最初一见如故，因为我们有一些——我该怎么说呢？——对物理学发展方向的担忧，但我很快发现他的兴趣远远超出物理学。他不仅发表了关于物理学和宇宙学的论文和书籍（包括1973年与斯蒂芬·霍金合着的经典著作《时空的大尺度结构》），还发表了关于哲学、复杂性理论、神经科学、教育甚至低收入住房的论文和书籍。（查看他的网站，以及他在2011年《大众科学》上发表的对多元宇宙理论的出色评论。）埃利斯是南非人，是开普敦大学的荣誉退休教授，他在那里教了几十年书，并在剑桥大学、德克萨斯大学、费米研究所和全球其他机构担任过职位。我钦佩埃利斯的社会行动主义以及他的科学工作。他是早期反对种族隔离制度的批评者，1999年纳尔逊·曼德拉授予他南非星勋章。埃利斯有一个聪明的头脑和一颗伟大的心。
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霍根：在我们在那里相遇的会议Howthelightsgetsin上，您参加了一个名为“实验的终结”的环节。那是关于什么的？
埃利斯：嗯，这只是呼应了您已经说过的：许多可能的高能物理实验和与宇宙学相关的天文观测实际上都已接近完成。物理实验正在接近任何对撞机实验可能测试的最高能量，这既有经济原因，也有技术原因。我们无法建造比地球表面更大的对撞机。因此，我们测试高能物理的能力——以及最小物理尺度上的结构——正在接近其极限。所有波长的天文观测现在都在探测最遥远的宇宙事件，这些事件将永远可以通过任何形式的辐射“看到”，因为每种辐射都存在视觉视界。
这很像探索地球的情况：曾经我们只对那里的情况有零星的了解。然后我们获得了地球表面的全球图像，包括整个陆地的详细卫星图像。一旦你看到了所有的一切，你就已经看到了所有的一切；除了越来越精细的细节，没有什么可以再找到的了。您可能会回应说，但是我们看不到海洋的底部。然而，我们现在也确实通过各种探测技术获得了相当不错的海底地图。这类似于我们通过COBE、WMAP和普朗克等卫星，以及（间接地）通过Bicep2引力波的发射（类似于从太空看到地球整个表面）看到了早期宇宙中红移为1200的最后散射面。我们将在未来几年内解决这场争议。
因此，我们在最大和最小尺度上可以看到的东西正在接近未来可能看到的，除了改进细节之外。
但我强调，这一评论不适用于复杂系统。复杂性几乎是无限的——微生物学、生物学、大脑将为我们提供更多个世纪的工作，我们可能发现的东西可能非常出乎意料。这也可能适用于量子物理学的基础及其与复杂性的关系。但是——除非发生非常出乎意料的事情——对非常大和非常小的可能测试正在接近任何可能的极限。
是的，我知道这种说法以前也出现过。那是在我们探索整个可见宇宙的所有可能波长之前。我承认，与宇宙结构形成相关的观测——星系、恒星、行星——还有很长的路要走，它们本质上正转向研究复杂性，并且仍然具有生命力，它们是非常有趣的研究。
霍根：劳伦斯·克劳斯在《无中生有的宇宙》中声称，物理学基本上已经解决了为什么存在着什么而不是虚无的奥秘。您同意吗？
埃利斯：当然不同意。他正在提出未经检验的投机理论，说明事物是如何从一个预先存在的复杂实体中产生的，包括变分原理、量子场论、特定的对称群、泡腾真空、粒子物理标准模型的所有组成部分等等。他没有解释这些实体是如何在宇宙诞生之前就预先存在的，为什么它们应该存在，或者为什么它们应该具有现在的形式。他也没有给出任何实验或观察过程，我们可以通过这些过程来检验他对假定的宇宙产生机制的生动推测。你如何检验在宇宙存在之前存在的东西？你不能。
因此，他所提出的不是经过检验的科学。这是一种哲学推测，他显然认为这种推测非常引人注目，以至于他不必给出任何证据来证实它是真的。好吧，你无法获得任何关于在空间和时间诞生之前存在的东西的证据。最重要的是，他认为这些基于数学的推测解决了千年以来的哲学难题，而没有认真对待这些哲学问题。认为所有现实都可以完全用物理学和物理学方程来理解的信念是一种幻想。正如爱丁顿在他的吉福德讲座中出色地指出的那样，它们只是对物理、生物、心理和社会现实的部分和不完整的表述。
最重要的是，克劳斯没有解决为什么物理定律存在，为什么它们具有现在的形式，或者在宇宙存在之前（如果他相信它们使宇宙诞生），它们以何种形式存在。是谁或什么构想出了对称性原理、拉格朗日量、特定的对称群、规范理论等等？他根本没有开始回答这些问题。
当他说哲学是胡说八道，然后自己又从事这种哲学尝试时，这非常具有讽刺意味。科学教育似乎应该包括一些关于柏拉图、亚里士多德、康德、休谟和其他伟大哲学家的基本模块，以及蒂姆·莫德林和戴维·艾伯特等更现代的哲学家的著作。
霍根：您现在或曾经相信物理学的最终理论吗？
埃利斯：我当然曾经相信它是一种可能性。然而，在我看来，不得不使用更高维度理论的代价是相当大的缺点，应该尽可能避免；当然，它尚未被证明是大自然的运作方式。相反，最终的基本物理学可能涉及两种不同的交织理论：大统一理论（GUT）和单模环量子引力，没有隐藏维度，也没有弦理论景观。统一将体现在物理理论的广泛方法（拉格朗日量、变分原理、物理对称性等）方面，但不一定是包含所有基本物理学的统一形式的压倒一切的理论。
实际上，在我看来，不太可能存在包括引力在内的所有基本力的统一理论，因为爱因斯坦告诉我们，引力在基础层面上不是一种力，而只是时空曲率的有效结果。是的，当然存在各种有效的引力理论，其中引力被视为一种力，例如牛顿的理论和将其表示为自旋2引力子，但它们的存在并不能决定引力的潜在深层理论是什么。我的感觉是，它将是一个基于离散时空观的理论，引力扇区具有共形结构，可能基于完整性原理，与物质扇区的统一GUT理论相互作用。这不是弦理论家设想的统一的最终物理学理论。这样的理论可能不存在。
霍根：您是多元宇宙理论、弦理论、人择原理的粉丝吗？
不是（可能是真的，但无法证明，关于无限实体存在的投机太多，定义不清且无法检验的概率测度），不是（对非常复杂的不可见实体的投机性引入太多，将引力仅仅视为任何其他力），是的（无论人们如何回应它，这都是一个值得考虑的实际问题）。为了我们的存在，需要对基本物理参数进行精细调整。对这个问题的研究已经导致了许多非常有趣的研究。
霍根：物理学家肖恩·卡罗尔认为，证伪性作为判断理论是否应被认真对待的标准被高估了。您同意吗？
埃利斯：这是向后退了一大步，退回到伽利略和牛顿发起的基于证据的科学革命之前。基本思想是，我们从经过良好检验的物理学领域推断到未知和无法检验领域的投机理论非常好，它们一定是真的。历史证明，这是走向妄想的道路：仅仅因为你有一个好的理论并不能证明它是真的。另一个辩解是，没有其他选择。但可能根本没有任何这样的选择。
科学家应该强烈抵制这种对其自身成功根基的攻击。幸运的是，提出这一建议的科学家只是一个非常小的子集。
霍根：克劳斯、斯蒂芬·霍金和尼尔·德格拉斯·泰森一直在抨击哲学是浪费时间。您同意吗？
埃利斯：如果他们真的相信这一点，他们应该停止在自己的著作中沉迷于低级哲学。没有假定的哲学基础，你就无法进行物理学或宇宙学研究。你可以选择不去思考这个基础：它仍然会作为你所做事情的未经检验的基础而存在。你不愿意检查你所做事情的哲学基础，这并不意味着这些基础不存在；这只是意味着它们未经检验。
实际上，哲学推测已经促成了大量的优秀科学。爱因斯坦对马赫原理的思考在发展广义相对论中发挥了关键作用。爱因斯坦与玻尔的辩论以及EPR论文促成了大量优秀的物理学研究，检验了量子物理学的基础。我自己在宇宙学中对哥白尼原理的考察导致探索了一些伟大的空间均匀性观测检验，这些检验已将未经检验的哲学假设转变为可检验的——并且确实经过检验的——科学假设。那是好的科学。
埃利斯：您是基督徒，更具体地说是一位贵格会教徒。您的信仰对您的科学观点有任何影响吗，反之亦然？
它可能会在一定程度上影响我选择处理的主题，但它不能影响科学本身，科学本身有其自身的逻辑，必须在相关理论的应用领域内遵循它所引导的任何方向，而没有恐惧或偏袒。
我的哲学和宗教观点当然必须认真对待当今的科学，但在这样做时，（a）我非常清楚地区分了什么是经过检验或可检验的科学，什么不是，（b）我努力考虑现实的哪些方面可以通过严格的科学方法来理解，哪些方面超出了基于数学的努力来概括存在本质的各个方面的范围。
生活的许多关键方面（例如伦理：什么是善，什么是恶，以及美学：什么是美，什么是丑）都超出了科学探究的领域（科学可以告诉你什么样的环境会导致北极熊的灭绝，或者实际上是人类的灭绝；它对这是否是好事或坏事没有任何说法，这不是一个科学问题）。
试图用神经科学或进化论来解释价值观实际上对什么是善或什么是恶没有任何说法。这是一个哲学或宗教问题（试图从这些方法中解释伦理的科学家总是偷偷地通过后门引入一些未经检验的关于什么是美好生活的概念）。例如，他们无法从科学角度告诉你，今天应该如何处理以色列或叙利亚问题。这种努力将是一个范畴错误。
霍根：您的社会行动主义——例如，您过去反对种族隔离制度的努力——是否与您的科学工作有任何关系？
不直接相关。它基于对人类价值观和伦理的关注，而这些关注超出了科学本身的范围。
霍根：您是否担心今天如此多的研究——尤其是在美国——是由军方资助的？
这不是我特别关心的问题——但它可能会成为一个问题，特别是关于脑研究。
霍根：在您的一些著作中，您警告不要在物理学和科学中过度决定论。您能否总结一下您的担忧？
许多科学家是强还原论者，他们认为仅物理学就决定了现实世界中的结果。这显然是不真实的——例如，我正在写作的这台电脑不可能仅仅通过物理学的力量而产生。
问题是，这些科学家专注于实际存在的因果关系网络中的某些线索，而忽略了其他明显的线索——例如我们头脑中的想法，或计算机程序中体现的算法。这些显然以自上而下的方式起作用，从而在现实世界中引起物理效应。所有这些过程和实际结果都依赖于上下文，这使得自适应选择等过程的有效性成为可能，而自适应选择是真正复杂性出现的关键。
正如我上面所说，数学方程只代表了现实的一部分，不应与现实相混淆。一个具体的相关问题：有一群人正在撰写论文，其思想是物理学是一个计算过程。但是物理定律不是算法。那么，谁选择了实现特定物理定律的计算策略和算法？（可能是有限元？）它用什么语言编写？（大自然使用Java还是C++？使用什么机器代码？）CPU在哪里？什么用于内存，以及读写命令以何种方式执行？此外，如果它是一个计算，大自然如何避免停机问题？这完全是一个非常糟糕的类比，行不通。
霍根：爱因斯坦在下面的引言中，似乎怀疑自由意志：“如果月球在完成其围绕地球的永恒运行的过程中，被赋予了自我意识，它会完全相信它是按照自己的意愿运行的……一个被赋予更高洞察力和更完美智慧的存在，在观察人和他的行为时，也会对人自以为是地按照自己的自由意志行事的幻觉一笑置之。”您相信自由意志吗？
埃利斯：是的。爱因斯坦正在延续所有因果关系都是自下而上的信念。事实并非如此，我可以从社会学、神经科学、生理学、表观遗传学、工程学和物理学中举出许多例子来证明这一点。此外，如果爱因斯坦在某种有意义的意义上没有自由意志，那么他就不会对相对论负责——它将是较低层次过程的产物，而不是智能头脑在可能的选择之间进行选择的产物。
我发现很难相信情况会是这样——事实上，这似乎没有任何意义。物理学家应该注意亚里士多德的四种因果形式——如果他们有自由意志来决定他们正在做什么。如果他们没有，那么为什么要浪费时间与他们交谈？那么他们就不对他们所说的话负责。
霍根：如果您是物理学之王，负责确定研究的优先顺序和资助，您的第一个决定是什么？
埃利斯：凝聚态物理学和量子光学是我首先关注的领域——在这些领域，相对适度的投资正在产生惊人的实验和可检验的理论。物理学与生物学、医学和神经科学的关系是一个应该大力发展的奇妙领域。
是的，我当然希望看到天文和高能物理学尽可能地继续发展，但代价必须合理。像Bicep2这样的项目带来了巨大的回报，引力波天文学是最后的边疆，因此必须探索，目前的许多伟大的观测宇宙学项目也是如此。为越来越大的对撞机投入巨资需要有充分的理由。