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
在我的上一篇文章中,史蒂文·温伯格,历史上最伟大的物理学家之一,回答了关于粒子物理学、宇宙学和政治学领域进步——或缺乏进步——的问题。他还评论了弦理论、多重宇宙、人择原理、宗教、邪恶、核武器和人类进步等主题。为了让读者更多地了解温伯格的背景,我在此转载我在 1996 年出版的著作《科学的终结》中对他的简介,该书最近由 Basic Books 再版,并附有新的前言。《我的书》中关于温伯格的部分紧随我对弦理论家爱德华·威滕的简介之后。我称威滕为“朴素的实在论者”,并认为弦理论是无法检验的;物理学家需要一个周长为 1000 光年的粒子加速器才能探测到普朗克尺度,弦理论认为弦在普朗克尺度上颤动和摇摆。温伯格简介的标题是“终极理论的噩梦”。以下是经过轻微编辑的内容:
如果爱德华·威滕是朴素的实在论者,那么史蒂文·温伯格就是极其精明的实在论者——也许对于他自己领域的发展来说过于精明了。像爱德华·威滕和几乎所有粒子物理学家一样,温伯格相信量子力学和广义相对论等理论的普遍性——绝对性。但温伯格之所以成为他所属部落如此有趣的代言人,是因为他不像威滕那样,敏锐地意识到他的信念仅仅是一种信念;温伯格知道他是在用哲学口音说话。
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温伯格有着蟹苹果般的脸颊、略带亚洲风情的眼睛和仍然带着红色的银色头发,他像一个精灵,一个高大而庄严的精灵。他将是《仲夏夜之梦》中仙王奥伯朗的绝佳人选。就像仙王一样,温伯格对自然的奥秘表现出强烈的亲和力,他有能力辨别粒子加速器涌出的数据泡沫中的微妙模式。温伯格因在发展弱电统一理论中的作用而于 1979 年获得诺贝尔奖。
在他 1993 年出版的著作《终极理论之梦》中,他设法使还原论听起来很浪漫。粒子物理学是一场史诗般探索的顶峰,“古老的寻求那些无法用更深层次的原理来解释的原理的探索”。他指出,推动科学发展的力量是简单的问题“为什么?”。这个问题引导物理学家们越来越深入地探索自然的核心。“看起来,如果我们坚持下去,”他写道,“对更简单原理的解释的收敛最终将以一个终极理论而告终。”
我第一次见到温伯格是在 1993 年纽约举行的一次晚宴上,庆祝《终极理论之梦》的出版。他心情舒畅,讲述着关于著名同事的笑话和轶事,并想知道稍后与脱口秀主持人查理·罗斯聊天会是什么感觉。为了给这位伟大的物理学家留下深刻印象,我开始卖弄名人。我提到弗里曼·戴森最近告诉我,终极理论的整个概念都是痴人说梦。
温伯格笑了笑。他向我保证,他的大多数同事都相信终极理论,尽管他们中的许多人更愿意将这种信念保密;戴森是一个臭名昭著的逆向思维者。我又提到了另一个名字:杰克·吉本斯,新当选的比尔·克林顿刚刚任命他为科学顾问。我说,我刚刚采访了吉本斯,吉本斯暗示,仅靠美国可能无法负担超导超级对撞机,这个原本应该将粒子物理学推向下一个世纪的庞大粒子加速器。温伯格皱着眉头,摇了摇头,嘟囔着社会令人不安地缺乏对基础研究的智力益处的 appreciation。
具有讽刺意味的是,温伯格本人在《终极理论之梦》中几乎没有提供任何理由说明社会应该支持进一步的粒子物理学研究。他小心翼翼地承认,无论是超导超级对撞机还是任何其他地球加速器,都无法为终极理论提供直接的证实;物理学家最终将不得不依靠数学的优雅性和一致性作为指导。此外,终极理论可能没有任何实际价值。
温伯格最非凡的承认是,终极理论可能在人类意义上没有意义。恰恰相反。他重申了他在早期著作中发表的一句臭名昭著的评论:“宇宙似乎越容易理解,它也似乎越没有意义。”尽管这句评论“一直困扰着他”,但温伯格拒绝退缩。事实上,他对这句话进行了阐述:“随着我们发现越来越多的基本物理原理,它们似乎与我们的关系越来越少。”
温伯格似乎在承认,我们所有的“为什么”最终都将以一个“因为”而告终。他对终极理论的愿景让人想起了道格拉斯·亚当斯的《银河系漫游指南》。在这部科幻喜剧中,科学家们最终发现了宇宙之谜的答案,而答案是……42。
当我两年后在德克萨斯大学奥斯汀分校见到温伯格时,超导超级对撞机已经寿终正寝。他宽敞的办公室里堆满了期刊,包括《外交事务》、《伊西斯》、《怀疑论者调查者》和《美国历史评论》以及物理学期刊。一面墙上挂着一块黑板,上面布满了必不可少的数学涂鸦。温伯格说话似乎很费力。他不停地叹气、做鬼脸、闭上眼睛、揉眼睛,即使他那深沉、洪亮的声音滚滚向前。他刚吃过午饭,可能正在经历餐后疲劳。但我更愿意认为他正在思考粒子物理学家们面临的悲剧性困境:如果他们实现了终极理论,他们会受到诅咒;如果他们没有实现终极理论,他们也会受到诅咒。
温伯格承认,现在是“粒子物理学的糟糕时期”。“从来没有一个时期像现在这样,在实验方面,很少有实验提出真正的新想法,也很少有理论能够做出新的、定性不同的预测,然后被实验证实。”随着超导对撞机的夭折,以及美国其他新加速器的计划因缺乏资金而停滞不前,该领域的前景黯淡。奇怪的是,才华横溢的学生仍然进入该领域,温伯格补充说,这些学生“可能比我们应得的还要优秀”。
温伯格和爱德华·威滕一样,相信物理学的绝对真理,并坚信宇宙中其他地方的智慧外星人也会发现同样的理论。但温伯格敏锐地意识到这种立场的哲学上的站不住脚。他认识到,“我们用来决定接受物理理论的技术是非常主观的。”聪明的哲学家总是可以提出理由,认为粒子物理学家“只是在信口开河”。
另一方面,温伯格告诉我,粒子物理学的标准模型,“无论其美学如何,[到目前为止]都经过了少数理论所经历的检验,而且它确实有效。如果事实上它仅仅是一种社会建构,它早就分崩离析了。”
温伯格意识到,物理学家永远无法证明一个理论是终极的,就像数学家证明定理一样;但是,如果该理论解释了所有实验数据——所有粒子的质量、所有力的强度——物理学家最终将停止质疑它。
“我不觉得自己被放在这里是为了确定任何事情,”温伯格说。“在我看来,追溯到希腊人的许多科学哲学都被对确定性的追求所毒害,这在我看来是一种错误的追求。科学太有趣了,不能因为我们对事物不确定而坐着绞尽脑汁。”
温伯格暗示,即使在我们说话的时候,可能有人正在互联网上发布物理学的终极理论。“如果她,”——温伯格补充说,略微停顿了一下,并强调了她——“得到的结果与实验一致,那么你就会说,‘就是它了’”,即使研究人员永远无法提供弦本身或它们据称居住的额外维度的直接证据;毕竟,物质的原子理论之所以被接受,是因为它有效,而不是因为实验者可以拍摄到原子的照片。
“我同意弦比原子更远离直接感知,原子比椅子更远离直接感知,但我看不到其中有任何哲学上的不连续性。”
温伯格的声音中没有什么确信。他突然站起来,开始在房间里踱步。他拿起一些奇怪的物体,心不在焉地摆弄它们,放下它们,同时继续说话。他重申了他的信念,即物理学的终极理论将代表科学最根本的成就——所有其他知识的基石。当然,一些复杂的现象,如湍流、经济学或生命,需要它们自己特殊的规律和概括。但是,如果你问为什么这些原理是正确的,温伯格补充说,这个问题会将你引向物理学的终极理论,一切都建立在这个理论之上。“这就是使科学成为一个等级体系的原因。它就是一个等级体系。它不仅仅是一个随机的网络。”
温伯格说,许多科学家无法忍受听到这个真相,但这是无法逃避的。“他们的终极理论就是我们的终极理论所解释的。”例如,如果神经科学家最终解释了意识,他们将用大脑来解释它,“而大脑之所以成为这样,是因为历史的偶然性和化学和物理学的普遍原理。”科学肯定会在终极理论之后继续发展,也许永远发展下去,但在某种意义上,它将是反高潮的。“对于终极理论的实现,将会有一种悲伤感,”温伯格说,因为它将结束对基本知识的伟大探索。
随着温伯格继续说话,他似乎越来越负面地描绘终极理论。当被问及是否会出现应用弦理论这样的东西时,就像一些爱好者所建议的那样,温伯格做了个鬼脸。他警告说,“科学史的沙滩上堆满了”未能预见到科学发展的应用的人的“尸骨”,但应用弦理论“很难想象”。
他还怀疑终极理论是否会解决量子力学提出的所有臭名昭著的悖论。“我倾向于认为这些只是我们谈论量子力学的方式上的谜题,”温伯格说。
他补充说,消除这些谜题的一种方法是采纳 20 世纪 50 年代首次提出的量子力学的多世界诠释。它试图解释为什么物理学家观察的行为似乎迫使电子等粒子从量子力学允许的许多路径中只选择一条路径;根据多世界诠释,电子实际上沿着所有可能的路径前进,但在不同的宇宙中。
温伯格承认,这种解释确实存在令人不安的方面。“可能存在另一个平行的时间轨道,约翰·威尔克斯·布斯错过了林肯,并且……”温伯格停顿了一下。“我有点希望整个问题会消失,但它可能不会。那可能就是世界的本来面目。”
要求终极理论使世界变得可理解是否太过分了?在我能完成这个问题之前,温伯格点了点头。“是的,要求太过分了,”他回答道。他提醒我,科学的适当语言是数学。终极理论“必须使宇宙看起来是合理的,并且以某种方式或另一种方式对那些接受过数学语言训练的人来说是可识别的逻辑,但这可能需要很长时间才能让其他人理解。”
终极理论也不会为人类处理事务提供任何指导。“我们已经学会了将价值判断与真理判断完全分开,”温伯格说。“我看不出我们会回到重新连接它们的道路上。”科学“当然可以帮助你找出你的行为的后果是什么,但它不能告诉你你应该希望有什么后果。在我看来,这是一个绝对的区别。”
温伯格对于那些认为终极理论将揭示宇宙的目的,或者像斯蒂芬·霍金曾经说的那样“上帝的意念”的人几乎没有耐心。恰恰相反:温伯格希望终极理论能够消除在许多人类思想甚至物理学中普遍存在的妄想、神秘主义和迷信。
“只要我们不知道基本规则,”他说,“我们就可以希望我们会在基本规则中找到一些类似于对人类的关怀,或者说是某种指导性的神圣计划的东西。但是,当我们发现量子力学的基本规则和一些对称性原理是非常没有人情味和冷酷的时候,它就会产生一种非常去神秘化的效果。至少那是我希望看到的。”
温伯格的脸变得严肃起来,他继续说道:“我当然不会反对那些说我的风格或牛顿风格的物理学已经产生了一定的幻灭感的人。但如果世界就是这样,我们最好弄清楚。我认为这是我们这个物种成长的过程的一部分,就像孩子发现没有牙仙一样。最好弄清楚没有牙仙,即使一个有牙仙的世界在某种程度上更令人愉快。”
温伯格很清楚,许多人渴望从物理学中获得不同的信息。事实上,当天早些时候,他在《纽约时报》上读到,物理学家保罗·戴维斯因“增进公众对上帝或灵性的理解”的工作而获得了百万美元的奖金。戴维斯撰写了许多著作,尤其是 1992 年出版的《上帝的意念》,书中暗示物理学定律揭示了自然界背后的计划,一个人类意识可能在其中发挥核心作用的计划。
在告诉我戴维斯的奖金后,温伯格露出了苦笑。“我当时在想给戴维斯发个电报,问他,‘你知道有什么组织愿意为证明没有神圣计划的工作提供百万美元奖金吗?’”
在《终极理论之梦》中,温伯格相当严厉地批评了所有关于神圣计划的言论。他提出了令人尴尬的人类邪恶和苦难问题。允许大屠杀和无数其他罪恶发生的计划是什么样的计划?计划者是什么样的计划者?
许多物理学家都被他们数学理论的力量陶醉了,他们认为“上帝是一位几何学家”。温伯格实际上反驳说,如果上帝是一位几何学家,那么他是一位残酷或冷酷的几何学家,温伯格不想与他有任何瓜葛。
我问温伯格,是什么给了他勇气来维持如此黯淡的人类状况的愿景。“我有点享受我的悲观观点,”他带着一丝微笑回答道。“毕竟,你宁愿看悲剧还是——”他犹豫了一下,笑容消失了。“嗯,有些人可能更喜欢看喜剧。但是……我认为悲剧性的观点为生活增添了某种维度。无论如何,这是我们拥有的最好的。”他凝视着办公室窗外,陷入沉思。
或许幸运的是,对于温伯格来说,他的视野中不包括那座臭名昭著的塔楼,1966 年,一名精神错乱的德克萨斯大学学生查尔斯·惠特曼从那座塔楼中枪杀了 14 人。温伯格的办公室俯瞰着一座优雅的哥特式教堂,那是大学的神学院。但温伯格似乎并没有看着教堂——或者,就此而言,也没有看着物质世界中的任何东西。
延伸阅读
另请参阅我对物理学家 乔治·埃利斯、卡洛·罗韦利、爱德华·威滕、加勒特·利西、保罗·斯坦哈特 和 李·斯莫林 的问答。
照片(日期未注明):拉里·墨菲,德克萨斯大学,http://web2.ph.utexas.edu/utphysicshistory/UTexas_Physics_History/Steven_Weinberg.html