本文发表于《大众科学》的前博客网络，仅反映作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
是什么区分了好的惹事者和坏的惹事者？富有成效的煽动者与仅仅是反叛者、吹牛大王、哗众取宠者有何不同？ 这相当于哲学划界问题的个人化版本，该问题涉及区分真科学和伪科学。 李·斯莫林，一位在加拿大 Perimeter Institute 理论物理研究所工作的 59 岁物理学家，一直给我的印象是一个好的——甚至是必要的——惹事者。 我在 1990 年代初期首次采访了他关于圈量子引力的问题。 圈量子引力由阿贝·阿什特卡、卡洛·罗韦利等人构思，旨在解决一个长期存在的难题，即量子力学与爱因斯坦的引力理论——广义相对论的不相容性。 斯莫林为弦理论（一种更流行的量子引力模型）做出了贡献，但在他 2006 年出版的颇具争议的书籍《物理学的困惑》(The Trouble with Physics) 中，他对弦理论的统治地位表示遗憾，并认为物理学需要更多样化、更具创造性的思维。 斯莫林在其他四本书中提出了物理学和宇宙学方面的创新想法，包括最近与人合著的《奇异宇宙》(The Singular Universe)。 在他的著作中，斯莫林以一种既复古又新颖的方式，援引了物理学的哲学、社会和历史维度。 我最近发布了与物理学家 乔治·埃利斯、卡洛·罗韦利、爱德华·威滕、加勒特·利西 和 保罗·斯坦哈特 的问答，他们的言论让我好奇斯莫林在做什么。 在我们电子邮件交流的结尾，他敦促年轻科学家寻求“你既是叛逆者又是保守派的热点区域”。 斯莫林就生活在那个区域。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻事业 订阅。 通过购买订阅，您将帮助确保关于塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
霍根：你为什么成为物理学家？
斯莫林： 我在 17 岁那年春天的一个晚上决定成为一名物理学家，这是因为我阅读了爱因斯坦的自传笔记。 他写道，量子力学需要一个完善，其中必须包括它与广义相对论的统一。 那时我是一个高中辍学生，计划学习建筑学； 但突然间，我意识到我可以追随爱因斯坦，成为一名理论物理学家，并研究这两个问题。 这定义了我的人生。
我记得当时我在想，我认识一些比我聪明、数学更好的人，但也许我仍然有很小的机会发现一些东西，因为大自然比我们所有人都聪明得多。
然后我阅读了我能找到的关于爱因斯坦的所有著作，首先是关于狭义相对论和广义相对论的论文。（我对在建筑中使用曲面的兴趣已经促使我学习微分几何。）然后我阅读了马赫和牛顿，以及后来的莱布尼茨。）为了理解爱因斯坦对量子力学的不满，我阅读了玻尔、海森堡和薛定谔的书籍和论文，以及爱因斯坦-波多尔斯基-罗森 (EPR) 论文。 因此，在我上任何正式的物理课程之前，我就沉浸在 20 世纪早期伟大物理学家的原始论文和著作中。 这让我对物理学的发展有了一个认识，即这是一个持续几个世纪的思想发展过程。 从这个角度来看，今年或十年流行什么似乎不如理解空间、时间、物质和运动是什么的长期斗争重要。 这给了我自己的指南针。
霍根：您是否——或者曾经——相信存在物理学的终极理论，如斯蒂芬·霍金所定义的那样？
斯莫林：我个人一直对下一步感兴趣，这本身就足够具有挑战性了。 我很乐意将科学从理解大爆炸后的前三分钟推进到我们已经测试了一些关于大爆炸前三分钟的假设的阶段。
除此之外，我信任科学的传统和社群来照顾长远发展。 同时，让我们关注量子理论和相对论及其关系； 如果我们成功了，将需要几代人的时间来理清其影响。 我们仍然致力于完成爱因斯坦发起的革命。 不足为奇，这是一个漫长的过程。 上一次规模相当的革命从哥白尼的书到牛顿用了 140 年。 当实现这一目标时，我们将拥有一幅与我们目前的理解截然不同的图景，就像牛顿的理解与伽利略的理解截然不同一样。 让我们等到那时再评估下一步该怎么做。
当你了解物理学的历史时，你会痛苦地意识到每个时代都高估了其理解范围。 科学进展顺利，但在每个阶段，我们都拥抱形而上学的幻想，这些幻想似乎受到科学的驱动，但当人们在未来了解更多时，它们看起来会很愚蠢。 正如布莱恩·伊诺曾经说过的，“没有什么比一个时代对未来的概念更能使其过时。”
霍根：你在《物理学的困惑》(The Trouble with Physics) 中指出的问题是否变得更糟了？
斯莫林：我指出了两种问题：科学问题和社会学问题。 我描述的困扰弦理论的科学问题没有太大进展。 虽然与弦理论相关的数学已经发展，并且最初在弦理论中产生的思想 (AdS/CFT) 在其他领域的应用也取得了进展，但认真对待弦理论作为自然基本理论的障碍仍然没有解决。 其中包括缺乏对该理论的完整定义、景观问题、缺乏对可操作实验的任何可证伪的预测以及未能证明诸如有限性之类的关键猜想。
社会学问题也没有太大变化。 自这本书出版以来，我所理解的是，这些问题影响了从经济学到计算机科学再到教育再到医学的许多研究和学术领域，仅举几例。 我收到了来自这些领域和其他领域的专家的许多来信，他们联系我说他们的领域也受到我在书中提出的相同社会学问题的困扰。
这些问题的根源在于学院的职业和资助结构奖励“me-too”科学、缺乏勇气、失败的研究计划的固化、遗产建设、帝国建设、狭隘、防御性策略和群体思维的方式。 任何有能力为学者制定激励措施的人都应该关注这些问题，例如资助机构和基金会的官员、大学领导和管理者、私人捐助者。 许多人与我交谈并表示担忧，少数人正在努力制定激励措施，以奖励高风险/高回报、变革性科学，并避免群体思维、低风险/低回报和“me-too”科学。 我可以提到坦普尔顿基金会和 FQXi 是该领域的领导者。 但做得还远远不够。 第一步是将 10% 的研究经费转移到变革性的高风险/高回报研究。
要避免的一个危险是，新的倡议被帝国建设者和遗产追寻者所捕获，他们将旨在用于变革性科学的资源转移到支持成熟但失败的研究方向。 这很容易通过关注狭隘的卓越概念来完成，这些概念奖励技术上的精湛技艺，而不是新思想的创造。 问题在于新思想总是脆弱的； 此外，遵循渐进式低风险策略的科学家通常比我们这些专注于高风险策略的科学家更擅长学术政治，因为——他们的研究不那么具有挑战性——他们有更多的时间和精力投入到学术影响力游戏中。
Trouble 的一些读者批评我没有关注我自己的量子引力领域中的社会学问题，所以让我在这里说，这些问题也存在于那里——尽管由于这些领域获得的支持的脆弱性，形式略有不同。 在这种背景下认识我的人都知道，我一直是开放会议和研究小组以容纳不同观点和研究计划的永久倡导者。 事实仍然是，LQG 研究人员在我们的会议和研究小组中接触和包括弦理论家方面比反过来做得更多。
霍根：物理学是否陷入困境，部分原因在于它正在触及基本限制？
斯莫林：不，我认为我们远未触及知识的任何限制。 时代精神似乎普遍存在缺乏冒险精神的问题，与 1980 年之前的世纪相比，从交通运输和能源到音乐风格，许多领域的创新都放缓了。 这方面有一些例外，例如消费电子产品，但这种创新放缓应该引起广泛关注。
霍根：爱德华·威滕仍然坚持认为弦理论是统一理论的最佳候选者。 你有什么评论？
斯莫林：我认为弦理论所基于的基本见解可能捕捉到部分真理。 这就是量子规范理论的物理学可以用扩展对象的动力学来重新表达，首先是弦。 这实际上与圈量子引力的核心见解相同。 我们有充分的证据表明量子规范场描述了基本粒子的相互作用，而且自从阿什特卡的工作以来，我们也知道广义相对论的最深刻描述是作为规范场，因此这种见解可能是根本性的。
话虽如此，我也怀疑弦理论已经严重偏离了方向，并且它目前对这种见解的表达缺乏描述自然所必需的基本特征。 首先，它缺乏背景独立性。 其他方面，包括超对称性，可能是死胡同——对数学有益，但与物理学无关。
当然，弦理论面临的最大问题是缺乏与实验的联系。 只要他们停留在当前的思想框架内，似乎就没有更好的方法。 景观问题似乎是真实存在的，这就是为什么我在 90 年代初就指出了这个问题并创造了宇宙自然选择来解决它。
有人声称要测试受弦理论启发的思想在物理学其他领域的应用，但这并不能检验弦理论是自然基本理论的假设。
圈量子引力是同一思想在背景独立框架中的表达。 它更进一步，并且作为一种量子引力方法，现在正以比弦理论更快的速度发展，但那里也需要新的想法。
我确信，为了在统一项目上取得真正的进展，我们需要新鲜的想法和新颖的原则。 所以我相信弦理论和 LQG 都可能朝着令人惊讶的方向发展，但仍然捕捉到它们共同的基本见解。
与此同时，除了弦理论与圈量子引力的对话之外，还涌现出许多年轻人正在开发的新方法。 这些包括各种各样的想法，例如散射振幅的研究、形状动力学、群场论、相对局域性。
霍根：但是圈量子引力仍然可能最终成为正确的量子引力理论？
斯莫林：正如我所说，LQG 与弦理论基于相同的基本思想，并且它在背景独立的背景下发展了它，我相信这一定是正确的。 因此，它包含了两个重要的见解。 它有几个关键结果支持其合理性，包括正确计算了通用黑洞的黑洞熵，并在经典极限中正确获得了广义相对论的出现。 这是一个非常重要的领域，具有强烈的进步感和许多令人惊叹的年轻人。 大约有 200 名研究人员参加我们的会议。
所以我认为 LQG 很可能捕捉到了真理的重要方面。 它当然值得进一步探索。
话虽如此，我认为也缺少关键的想法。 其中一些是技术性的，另一些则涉及时间的作用，这是我最近两本书的主题。 而且，LQG 迄今为止缺乏一种干净的方式，将其基本结果——量子几何的离散性——与明确的实验预测联系起来。 有一个关于这如何运作的粗略图景，其中包括观察离散性对光子和中微子在宇宙距离上传播的影响，并且正在进行所需灵敏度的观测。 但这需要最终确定下来。
霍根：您是否曾经想过，物理学家的心理需求——而不是自然的某些内在属性——是否正在驱动对统一理论的追求？
斯莫林： 我认为有一个令人信服的论点支持引力与量子物理学的统一。 这就是实验可及现象的存在，这些现象需要这种统一来描述它们。 人们只需根据自然常数进行量纲分析就可以证明这一点。 所以我确信存在量子引力现象，并且必须将它们理解为完成爱因斯坦发起的革命的一部分。
关于统一的一些懒惰的想法反映了不加批判的思维，例如现象越基本，它就必须具有越多的对称性。 当你认真思考这个问题时，你会意识到它必须恰恰相反。 罗杰·彭罗斯过去常说这一点，事实上，最基本的理论可以没有对称性的见解可以追溯到莱布尼茨。 我也认为我们需要摒弃数学美是统一关键的陈旧观念。 数学是我们最有用的工具，但认为它应该是预言性的想法已经造成了很多危害。
霍根：我们是否必须接受量子力学的悖论，还是更深层次的理论可以消除它们？
斯莫林：我确信，90 年来未能对量子力学给出令人满意的“解释”（严格来说，除了在操作层面上），意味着如果不完善量子力学，就无法解决测量问题。 也就是说，问题不在于我们如何谈论量子物理学，而在于对量子系统动力学的理解不完整。 量子力学对宇宙的小型子系统给出了非常有用的近似描述，但就目前而言，它不能扩展到整个宇宙的理论。 寻找量子物理学向宇宙学合理扩展的问题与寻找其完善的问题相同。
在我的整个职业生涯中，我提出了量子力学的可能完善方案。 其中一些是基于矩阵模型，最近我提出量子态对应于宇宙中相似系统的集合； 这一想法的灵感来自莱布尼茨的不可区分者恒等原理。
霍根：宇宙加速膨胀——可以说是过去 30 年物理学中最重要的发现——为什么没有带来更多的理论进步？
斯莫林：在某种程度上，这没有问题，因为宇宙膨胀的加速很容易通过在爱因斯坦方程中添加宇宙常数来描述，就像爱因斯坦在 1917 年提出的那样。 问题仅仅在于该常数的值——它小得离谱。 这是困扰粒子物理学标准模型的基本问题的一个极端例子，即我们不理解我们需要编写物理定律的约 30 个参数中任何一个参数值的理由。
我确信所有这些难题的答案一定是这些常数在演化，因此对其值的解释必须是历史性的。 事实上，宇宙自然选择为观测到的宇宙常数值提供了一个合理的解释。
霍根：一些领先的物理学家，例如泰格马克、萨斯坎德和格林，拥护多元宇宙理论加上人择原理，将其作为宇宙学的最终框架。 你有什么评论？
斯莫林：这是一种障眼法，他们希望借此将解释上的失败转化为解释上的成功。 如果我们不理解基本常数在我们的宇宙中取的值，那就假设我们的宇宙是一个无限且不可观测的宇宙集合的成员，每个宇宙都具有随机选择的参数。 我们的宇宙之所以具有现在的价值，是因为这些价值使其适合生命居住。
作为科学假设，这有很多错误之处。 正如我在我的三本书和几篇论文中详细解释的那样，很难看出它如何能为可行的实验做出任何可证伪的预测。 相反的说法是谬论，正如我和其他人已经详细解释的那样。 我不会将细节强加给你的读者，但只想提一下，这些批评尚未得到解答。
我们必须做的是提出定律和常数可能演化的机制，这些机制暗示了可以通过可证伪的预测来检验它们。 我提出了两个：宇宙自然选择和先例原则。
霍根：你在上面和你的新书中暗示，自然定律会“演化”。 这种假设不会使物理学和宇宙学更加灵活，从而更难证伪吗？
斯莫林：不，宇宙自然选择 (CNS) 的关键教训是，它为真实观测做出了可证伪的预测。 事实上，我在 1992 年发布的预测已经成立。 举一个例子：不可能有比太阳质量两倍更重的neutron star。 目前的限制已经很接近了； 最重的、经过良好测量的 neutron star 的质量为太阳质量的 1.9 倍，但到目前为止，还没有超过这个质量的。
起初，我的直觉和你的问题表达的相同。 但这是错误的； 使定律演化会增加科学的可证伪性，因为它增加了可以检验的假设的数量，因为它们暗示了可证伪的预测。 原因在于，额外的假设涉及演化发生的过程。 由于这些过程会在过去发生，因此它们暗示的预测可以通过真实观测来检验。 我的著作《宇宙的生命》(Life of the Cosmos) 和《时间重生》(Time Reborn) 详细讨论了这一点。
协调演化定律与可证伪性的一种方法是关注时间尺度的大层次结构。 定律的演化在当前条件下可能很缓慢，或者仅在不常见的极端条件下发生。 在更短的时间尺度上，并且远离极端条件，可以假设定律是不变的。
正如罗伯托·曼加贝拉·昂格尔和我合著的新书《奇异宇宙》(The Singular Universe) 中所论证的那样，宇宙学家最重大的发现是宇宙有历史。 我们认为这必须扩展到定律本身。 当问题从列出物种转变为物种如何演化的动态问题时，生物学就变成了科学。 基础物理学和宇宙学必须将自身从寻找永恒的定律和对称性转变为研究关于定律如何演化的假设。
霍根： 你似乎希望更多的想象力和创造力能够使物理学摆脱当前的僵局。 但物理学难道不是正遭受想象力过剩和数据不足之苦吗？
斯莫林：更多的数据总是好的。 想象力也很棒，但是当你问错了问题时，想象力就无法发挥作用。 如果彭罗斯和莱布尼茨是对的，即我们对自然的理解越深刻，定律的对称性就越小，那么想知道什么对称性统一了基本粒子和力就毫无用处。 当真正的故事是定律演化了，因此要从历史上解释时，寻找构建永恒定律的原则也是没有成效的。
霍根：在 2002 年，我与道雄·卡库打赌 1000 美元，到 2020 年，“没有人会因为研究超弦理论、膜理论或描述自然界所有力的其他统一理论而获得诺贝尔奖”。 你后悔没有和我打赌那 1000 美元吗？
斯莫林：不，我会站在你这边。 这是我提出的另一个赌注：在观测到经典引力波之前，将在普朗克尺度上测试量子引力效应对光传播的影响（例如洛伦兹不变性的破坏或变形）。 如果有人接受我的赌注，我就赢了，因为费米卫星对伽马射线暴的观测已经将洛伦兹不变性的一些可能偏差限制在普朗克尺度之上，而 LIGO 迄今为止还没有看到任何东西。
霍根：罗杰·彭罗斯曾暗示，统一理论也可能有助于解决意识问题。 你同意吗？
斯莫林：罗杰是一位深刻而有创见的思想家，就其思想和见解的持久重要性而言，他比现在几乎所有活着的人都更胜一筹。 尽管如此，在这方面，我怀疑他超越了当前科学的界限。 他绝对正确地认为意识是真实的，并且它在自然界中的作用是一个物理学问题。 但我怀疑物理学需要取得更大的进步，我们才能拥有构建关于意识的有用假设的词汇。
霍根：神经科学是否为聪明的未来科学家提供了比物理学更好的未来？
斯莫林：神经科学是一个极好的工作领域，有望取得重大发现。 我一直这样认为，实际上，唯一能吸引我从事物理学事业的替代选择是大学期间对神经科学的短暂涉足。 但这是一个像物理学一样被过时的形而上学包袱所困扰的领域。 尤其是，任何响应和处理信息的物理系统都与数字可编程计算机同构的过时观念正在阻碍进步。
物理学也有望取得重大发现。 我想给未来科学家的最好建议是做你最喜欢的事情，确保你掌握了工具和技术，然后努力进入你既是叛逆者又是保守派的热点区域。
延伸阅读：
“如果你想要更多希格斯炒作，请不要阅读此专栏。” https://blogs.scientificamerican.com/cross-check/2012/07/04/if-you-want-more-higgs-hype-dont-read-this-column/
“宇宙小丑：斯蒂芬·霍金的“新”万物理论还是老一套的垃圾。” https://blogs.scientificamerican.com/cross-check/2010/09/13/cosmic-clowning-stephen-hawkings-new-theory-of-everything-is-the-same-old-crap/
““对多元宇宙的投机是否像对次级抵押贷款的投机一样不道德？”” https://blogs.scientificamerican.com/cross-check/2011/01/28/is-speculation-in-multiverses-as-immoral-as-speculation-in-subprime-mortgages/
图片来源：Edge.org：http://edge.org/conversation/think-about-nature。
*新的修订标题比原标题好得多得多得多：惹事者李·斯莫林质疑物理定律是否“永恒”。