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物理學(xué)需要哲學(xué)，但不需要哲學(xué)家！

點(diǎn)擊：  作者：Michael segal    來源：中國科學(xué)院理論物理研究所  發(fā)布時(shí)間:2020-06-27 11:43:25

 

 △勞倫斯·克勞斯。圖片來源：krauss.faculty.asu.edu

 

他是物理學(xué)家，成就卓越，曾預(yù)言宇宙的大部分能量都儲(chǔ)存在真空中。他寫過九本暢銷書，第十本即將出版，包括大受歡迎的《星際迷航的物理學(xué)》（The Physics of Star Trek）——我讀了這本書才知道，企業(yè)號(hào)需要燃燒自身質(zhì)量81倍的燃料才能加速到光速的一半。

 

克勞斯說話從不掩飾。

 

他談?wù)撜軐W(xué)——“物理學(xué)需要哲學(xué)，不需要哲學(xué)家”。他也談?wù)撟诮蹋o《紐約客》撰文的題目是《科學(xué)家都應(yīng)該是戰(zhàn)斗的無神論者》。他總是有話直說，偶爾還引起爭(zhēng)論。

 

在對(duì)話中，我明顯能感到他喜歡說些直接或不敬的話。不過更重要的，是他對(duì)科學(xué)的愛，以及他對(duì)科學(xué)方法的看法。他認(rèn)為，科學(xué)方法不僅僅是一件實(shí)用的工具，更具有文化的價(jià)值，需要我們的傳播和辯護(hù)，哪怕會(huì)引發(fā)論戰(zhàn)。

 

以下是他在俄勒岡的家中和Nautilus的對(duì)談。

 

AI先說

 

如果有看不懂的段落，可以跳過，但不要退出……因?yàn)楹竺婺憧吹枚亩温洌紩?huì)非。常。勁。爆。

 

▲問：為什么將引力和自然界的其他力統(tǒng)一會(huì)那么困難？

 

答：其他作用力的理論都具有一些美好的特征：雖然（無限多個(gè)）量子漲落從理論上看會(huì)產(chǎn)生無窮大的貢獻(xiàn)，使你無法用那些理論來做計(jì)算。但是這些理論中還存在一種對(duì)稱性，使我們得以馴服那些無窮大的貢獻(xiàn)。你可以把無限大的貢獻(xiàn)都忽略掉，并得出行之有效的預(yù)言。

 

但是在廣義相對(duì)論中，它的數(shù)學(xué)公式使你不能忽略這些無窮大。在某些水平上，量子力學(xué)對(duì)廣義相對(duì)論的貢獻(xiàn)是無法馴服的，計(jì)算結(jié)果沒有意義。這是因?yàn)閺V義相對(duì)論的數(shù)學(xué)本質(zhì)使然，這是它的一個(gè)特征。另一個(gè)問題是概念層面的：如果空間和時(shí)間是廣義相對(duì)論的變量（它們的確是），那么從概念上說，提出一個(gè)描述時(shí)間和空間的量子理論將是非常復(fù)雜的。

 

但現(xiàn)在看來，這并不是問題的關(guān)鍵。問題的關(guān)鍵還是在數(shù)學(xué)層面――你得保證引力場(chǎng)在微小尺度上的無限多漲落不會(huì)毀掉廣義相對(duì)論，而現(xiàn)在它們確實(shí)在毀掉這個(gè)理論。正因?yàn)槿绱耍覀儾糯_信廣義相對(duì)論還不足以完全解答引力問題。當(dāng)你研究的尺度越來越小時(shí)，這個(gè)理論就和其他所有理論一樣，需要修正。

 

現(xiàn)在有兩種可能：一是用一種本身依賴于尺度的量子理論來修正廣義相對(duì)論。二是用類似弦論的東西來修正廣義相對(duì)論，得到一個(gè)最終理論，可以在從零以上的各個(gè)尺度上解釋宇宙。我說的不是弦景觀（landscape）。在大約是10^-30厘米的尺度時(shí),引力就會(huì)體現(xiàn)明顯的量子效應(yīng)。于是我們討論的就是，你是否能找到一個(gè)從10^-30厘米到0的尺度上描述宇宙的理論。我的朋友弗蘭克·韋爾切克（Frank Wilczek）說過，弦論并不是一個(gè)關(guān)于萬事萬物的理論(a theory of everything)，它是一個(gè)關(guān)于近乎虛無的理論(a theory of almost nothing)。

 

▲問：我們要怎么知道引力能夠量子化呢？

 

答：弗里曼·戴森（Freeman Dyson）是一位富有才華的物理學(xué)家，也是個(gè)異見分子。他已經(jīng)90歲了，但近年來依然做了一些研究。我們?cè)谛录悠聟⒓右淮螘?huì)議時(shí)他指出了一件事：我們并不能確定引力能夠量子化。電磁波可以量子化，因?yàn)槲覀冎朗郎洗嬖诮M成電磁波的量子：光子。此刻它們正朝我們飛來，照在我的臉上，也鉆進(jìn)記錄這次訪問的攝像機(jī)里，我們還能測(cè)量到它們。自然界中所有的作用力都存在對(duì)應(yīng)的量子。如果引力也是一個(gè)量子理論，那么一定有一種傳遞引力的量子在發(fā)生相互交換，我們把它們稱為“引力子”（gravitons）。它們是引力波的量子化的結(jié)果，就像光子是電磁波的量子化結(jié)果。但是弗里曼指出，我們還沒法在地球上開展實(shí)驗(yàn)測(cè)量引力子。他可以證明為什么辦不到：要做到這一點(diǎn)，你必須聚集巨大的質(zhì)量，還沒來得及實(shí)驗(yàn)，就會(huì)塌縮成一個(gè)黑洞。所以他說，我們根本不可能測(cè)出引力子，也不可能知道引力是不是一個(gè)量子理論。

 

我對(duì)這個(gè)問題的理解都在我和弗蘭克聯(lián)名的論文里寫清楚了：我認(rèn)為宇宙的行為仿佛一臺(tái)引力子探測(cè)器，早期宇宙的一些物理過程會(huì)產(chǎn)生一種我們今天可以觀測(cè)到的現(xiàn)象，即引力波。然而只有量子引力存在，這些事情才有可能發(fā)生。如果引力無法量子化，我們就無法觀測(cè)到這些來自極早期宇宙的引力波了――BICEP（宇宙泛星系偏振背景成像實(shí)驗(yàn)）的研究者所宣稱的發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在我們知道，BICEP發(fā)現(xiàn)的未必就是極早期宇宙的引力波。但如果極早期宇宙確實(shí)發(fā)生過所謂的“暴脹”（inflation）、也確實(shí)產(chǎn)生過引力波，那么我們就能斷定引力是一種量子理論了。因此，量子引力的方方面面，未來的理論物理學(xué)家都必須做出解答——假如未來幾代的理論物理學(xué)家都能保住工作的話。

 

▲問：引力波的發(fā)現(xiàn)會(huì)帶來什么結(jié)果？

 

答：結(jié)果會(huì)是21世紀(jì)的新的天體物理學(xué)。我們正在制造的引力波探測(cè)器就是為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，有了這些探測(cè)器，我們就能看到黑洞形成的一瞬間以及黑洞相撞的情景。也許這些微弱的引力波會(huì)不受阻撓地從極早宇宙?zhèn)鞑サ浆F(xiàn)在，使我們了解宇宙誕生10億億億億分之一秒時(shí)的樣子，而那個(gè)時(shí)刻已經(jīng)很離大爆炸很近了。

 

我們將會(huì)看到黑洞的形成，看到中子星相撞。我們甚至不知道自己還會(huì)看到什么。那都是大量物質(zhì)參與的大毀滅事件，爆炸或塌縮伴也會(huì)產(chǎn)生引力波。如果廣義相對(duì)論是正確的，那么一個(gè)黑洞在形成的最后階段就會(huì)以引力波的形式放出巨大能量，而我們或許就能看見這些波動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)黑洞撞擊并結(jié)合成一個(gè)更大的黑洞，或者當(dāng)兩枚中子星撞擊形成一個(gè)大型黑洞，也會(huì)產(chǎn)生大量引力波――我們應(yīng)該能夠見證這一點(diǎn)，我們還會(huì)了解廣義相對(duì)論的性質(zhì)和強(qiáng)引力的規(guī)律，還有黑洞的許多性質(zhì)，以及我們平時(shí)無法看見的宇宙中的其他天體。

 

▲問：你還在錢包里帶一張卡片、向別人證明大爆炸確實(shí)發(fā)生過嗎？

 

答：是的，當(dāng)然。我之所以要這么做，就是因?yàn)橄衲氵@樣的人會(huì)問我這個(gè)問題。大爆炸真的發(fā)生過。我希望有一天能向本·卡森（Ben Carson）解釋，但我覺得他不會(huì)懂。（譯注：本·卡森，美國總統(tǒng)候選人，曾說過大爆炸是一個(gè)童話。）

 

 

我的卡片比較了從大爆炸出發(fā)預(yù)言的各種輕元素的含量――氫、氦和鋰。我們預(yù)言它們的豐度相差10個(gè)數(shù)量級(jí)，比如宇宙的25％是氦，還有100億分之一是鋰。你如果對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)、也就是這里的一條細(xì)線，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它們和預(yù)測(cè)完全吻合。我們從大爆炸出發(fā)對(duì)輕元素豐度的預(yù)測(cè)，和觀測(cè)的結(jié)果是相吻合的。在我看來，這是說明理論正確的最有力證據(jù)。

 

▲問：大眾對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)還有哪些缺陷？

 

答：在我們生活的這個(gè)社會(huì)，大眾對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)沒有任何文化上的欣賞。我們關(guān)于宇宙的發(fā)現(xiàn)是人類最奇妙的成就，可是有的人卻對(duì)真相如此畏懼，因?yàn)檎嫦嗫赡苓`背他們既有的信仰，他們就此對(duì)真相閉目塞聽，這是很令人擔(dān)憂的。如果這僅僅是關(guān)于大爆炸的，我還不會(huì)在意。怕就怕越過了這一步，人類就會(huì)一路滑坡，直到不相信演化論、不接受世界的本來面目、反而根據(jù)2000年前鐵器時(shí)代農(nóng)民的所謂智慧來制定愚蠢的法律……

 

我認(rèn)為這是我們這個(gè)文化在許多方面中體現(xiàn)出來的一個(gè)病征：你可以隨便說謊而不受處罰，人們寧愿相信自己想要相信的東西、而不是接受對(duì)自己不利的現(xiàn)實(shí)，無論在意識(shí)形態(tài)還是宗教上，都是如此。就像戈?duì)査f的那樣，真相有時(shí)是令人難堪的。面對(duì)真相，許多人寧愿埋頭在沙子里――或許很快就要埋頭到水里了吧。科學(xué)傳播已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了，但是在我看來，傳播科學(xué)成果的需求在這些年里變得越發(fā)迫切了，這個(gè)時(shí)代，全世界的人類都在危害地球，我們?cè)僖膊荒軣o視科學(xué)結(jié)果了，因?yàn)槟菢訒?huì)讓我們?cè)庋辍?span lang="EN-US">

 

▲問：你在年輕求學(xué)的時(shí)候遇見過大物理學(xué)家理查·費(fèi)曼。他對(duì)你有什么影響？

 

答：當(dāng)年我還是個(gè)年輕的大學(xué)生，在加拿大參加了一個(gè)物理學(xué)本科生的組織，費(fèi)曼到我們的會(huì)議上發(fā)表了一次講話。我?guī)е笥岩黄鹑ヂ犞v了，她是那里少有的幾位女性之一，于是費(fèi)曼花了許多時(shí)間與我交談――還有她。我整個(gè)周末都在和費(fèi)曼說話。他還教我怎么跳舞。這對(duì)于一個(gè)年輕人是一次奇妙的經(jīng)歷。欣賞他的談吐，閱讀他的文字，對(duì)我真的影響重大。我當(dāng)然不是受他熏陶的唯一一個(gè)，但是我要說：他在談?wù)摽茖W(xué)時(shí)傳達(dá)的那份喜悅，也是我想在談?wù)摽茖W(xué)時(shí)傳達(dá)的。除了喜悅，還有勇敢——是的，他的勇敢同樣重要。他鼓勵(lì)我多冒險(xiǎn)，我也真的那樣嘗試了。

 

我有幸寫出這本書有一個(gè)原因：許多年后，在哈佛任教的我在加州理工學(xué)院發(fā)表了一次講話，費(fèi)曼在研討會(huì)上問了我一個(gè)問題，事后還走上來和我交談。我急著要告訴他我就是當(dāng)年的那個(gè)年輕人，但有個(gè)討人厭的年輕助理教授老是纏著我，后來費(fèi)曼走了，我想，好吧，下次見面再說。可后來他就死了，我再也沒能和他說上話。錯(cuò)過這個(gè)機(jī)會(huì)，真是可惜。我寫這本書，也可以說是在向他道謝，因?yàn)槲覜]機(jī)會(huì)當(dāng)面跟他道謝。

 

 

△“費(fèi)曼大神，我是你的死忠粉啊！”-“朕知道了。”圖片來源：lh4.ggpht.com

 

▲問：說說你和哲學(xué)家大衛(wèi)·阿爾伯特（David Albert）的交流吧。

 

答：我和他從未有過交流。我寫了一本關(guān)于宇宙學(xué)的書。而他寫了一篇評(píng)論，評(píng)的是他希望我寫的一本關(guān)于宇宙學(xué)的書。在我看來，這兩本書壓根不是一碼事。他的書評(píng)寫得刻薄，但是他并不理解我實(shí)際寫了什么，就連“宇宙學(xué)”這個(gè)詞都沒有提起。這篇書評(píng)引起了一些轟動(dòng)，但我覺得很平庸。如果他是個(gè)英語系學(xué)生，我會(huì)給他打C-。要寫書評(píng)，那就應(yīng)該圍繞著一本書來寫。據(jù)我的記憶，他真正評(píng)論的是只有理查德·道金斯給我寫的跋。那部分也寫得不好，如果我是英語系教授，也會(huì)給他不及格的。

 

▲問：物理學(xué)需要哲學(xué)嗎？

 

答：每個(gè)人都在從事哲學(xué)，科學(xué)家當(dāng)然也不例外。哲學(xué)就是批判推理、邏輯推理和分析。在這個(gè)意義上，物理學(xué)當(dāng)然需要哲學(xué)。

 

問題是：物理學(xué)家需要哲學(xué)家嗎？我看已經(jīng)不怎么需要了。以前是要的。早先的物理學(xué)家自己就是哲學(xué)家。當(dāng)問題界定不清時(shí)，哲學(xué)是很要緊的，于是從自然哲學(xué)中產(chǎn)生了物理學(xué)。但是物理學(xué)已經(jīng)擺脫了哲學(xué)。現(xiàn)在，就連科學(xué)哲學(xué)家的工作也已經(jīng)和物理學(xué)家的工作沒有多少關(guān)系了。物理學(xué)當(dāng)然需要哲學(xué)，只是不需要哲學(xué)家罷了。

 

物理學(xué)家自己就在從事哲學(xué)，只是沒有文憑。他們提出問題、批判分析、區(qū)分不同的假說、運(yùn)用邏輯――這些都是重要的哲學(xué)活動(dòng)。所以我不是要貶低哲學(xué)，因?yàn)檫@是我們切切實(shí)實(shí)從事著的工作，而且哲學(xué)在生活的許多方面都很有用處。我最近在講臺(tái)上和諾姆·喬姆斯基（Noam Chomsky）長(zhǎng)談了一次哲學(xué)，這個(gè)月還要和我的朋友、著名哲學(xué)家彼得·辛格（Peter Singer）對(duì)談一次。他們提出的問題對(duì)人類活動(dòng)的許多方面都饒有趣味。只是對(duì)物理學(xué)沒有影響。

 

▲問：在你的著作《虛無中產(chǎn)生的宇宙》中，你問了“無”中是如何產(chǎn)生“有”的，你自己的回答是，“無”并不是我們想象的那種無。這是在逃避問題嗎？

 

答：不，我只是變換了問題，這沒有什么不對(duì)，科學(xué)里常這么干！我的意思是，這就是我們所說的“學(xué)習(xí)”，有的人因?yàn)槲覀兏淖兞?span lang="EN-US">“虛無”的意思而生氣，但我們同樣改變過“光”的意思，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)了光是由光子構(gòu)成的。學(xué)習(xí)就是這么一回事。

 

我們現(xiàn)在知道，“虛無（nothing）”是一個(gè)非常微妙的概念。我的意思是，它從來就沒有過一個(gè)較好的定義。有宗教人士反對(duì)我對(duì)虛無的定義，但他們大多數(shù)人自己也沒給它下過定義。他們定義的虛無是這樣的：虛無就是只有上帝能創(chuàng)造萬物的狀態(tài)。這個(gè)定義是毫無用處的。《圣經(jīng)》里所謂的虛無，其實(shí)應(yīng)該叫做“真空”，而且是永恒的真空――許多人認(rèn)為，我們的宇宙大部分都是如此，在100年前，這是主流的看法。當(dāng)時(shí)認(rèn)為，宇宙就是一個(gè)銀河系加上周圍的無限黑暗的虛空，并且那片虛空是很簡(jiǎn)單的。實(shí)際上，那個(gè)“無”中時(shí)刻創(chuàng)造著“有”，因?yàn)榛玖Ｗ与S時(shí)在這樣的虛空中產(chǎn)生、湮滅――它們稱為“虛粒子”。所以說，那些批評(píng)我們的虛無定義的人，他們自己也從來沒有好好地定義過它。

 

你可能會(huì)說，虛無就是不存在，可是你說的是什么東西的不存在呢？我在說到誕生宇宙的虛無時(shí)，我指的是徹底的虛無，不僅沒有粒子和輻射，而且沒有時(shí)間和空間，這一切都是從虛無從產(chǎn)生的。你可能要問，那么還有別的什么存在嗎？我會(huì)說，這個(gè)問題在很大程度上是一個(gè)文字游戲、或許根本是個(gè)沒有意義的問題，因?yàn)槟阋部梢哉f還有別的東西存在，比如有一只馱著一只的烏龜、有別的宇宙，比如我們的宇宙是從一個(gè)多重宇宙中產(chǎn)生的之類；不過也可能真的什么都不存在，沒有時(shí)間空間，時(shí)間空間都是忽然產(chǎn)生的。

 

說宇宙從無到有產(chǎn)生或許會(huì)使一些人困擾。可是，說一個(gè)光子從一盞電燈中產(chǎn)生，這就不使人困擾了。也許我們的宇宙就是那個(gè)光子的量子版本，有人覺得困惑，是因?yàn)檫@不符合他們的日常經(jīng)驗(yàn)、不符合他們對(duì)于虛無的經(jīng)典觀念。又或者他們是在擔(dān)心因果之類的問題：要是時(shí)間和空間都是大爆炸之后才產(chǎn)生的，那么整套關(guān)于因果的概念就該拋到窗外去了。如果沒有了“之前”，你就無法在這個(gè)意義上詢問因果了，這多使人困惑了！不過這也沒什么，科學(xué)就是要使人困惑的，有人困惑就說明我們想得還不對(duì)。如果你覺得困惑了，就應(yīng)該做點(diǎn)什么來解惑。

 

▲問：科學(xué)家會(huì)認(rèn)為科學(xué)方法是神圣的嗎？

 

答：不，它們不是神圣的。我們奉行科學(xué)方法是因?yàn)檫@些方法有用。如果它們不再有用，我們就拋棄它們！我們科學(xué)家不覺得有什么神圣的東西，用哲學(xué)的話說，我們是功利主義者（utilitarians）。一樣?xùn)|西如果沒用，我們就不會(huì)再留意它；如果有用，我們就接著用它。你可以管這叫“神圣”，但我們只采納有用的東西，而科學(xué)方法是有用的，神啟沒用。就這么簡(jiǎn)單！

 

 

△“忘了耶穌吧，你之所以能在此，是因?yàn)楹阈莻兯廊チ恕?rdquo;——勞倫斯·M·克勞斯。圖片來源：read.html5.qq.com

 

▲問：你怎么看待信教的科學(xué)家？

 

答：人類是可以同時(shí)相信兩套完全抵觸的觀念的。有地質(zhì)學(xué)家研究古代巖石，發(fā)表的講話和寫的論文都是關(guān)于幾億年前發(fā)生的現(xiàn)象，但他們又自稱相信地球的歷史只有短短6000年。他們究竟是怎么做到的呢？我是不明白，但就是有人做得到。
顯然，從事科學(xué)而同時(shí)信仰宗教是可能的，因?yàn)榈拇_有科學(xué)家信仰宗教。但是我也說過，對(duì)于那些科學(xué)家，宗教并不干預(yù)科學(xué)，因?yàn)樗麄冴P(guān)心宇宙的實(shí)際運(yùn)行原理，只是在背地里會(huì)說：也許這一切都是上帝造就的吧。可是一旦思考宇宙的原理，他們就像著名生物學(xué)家J·B·S·霍爾丹（Haldane）所說的那樣，并不會(huì)認(rèn)為有什么上帝或者天使在擺弄試驗(yàn)設(shè)備的指針。霍爾丹還說，既然在實(shí)驗(yàn)室里是個(gè)無神論者，那么到了實(shí)驗(yàn)室外何不也做個(gè)無神論者呢？

 

▲問：你是因?yàn)榭苹米髌凡艔氖驴茖W(xué)的嗎？

 

答：這是個(gè)雞生蛋還是蛋生雞的問題，很難回答。我小時(shí)候是因?yàn)橄矚g科學(xué)才喜歡上了科幻？還是因?yàn)橄矚g科幻才喜歡上了科學(xué)？我覺得這兩樣是相輔相成的。科幻是好東西，因?yàn)樗黄屏嗽S多人不愿談?wù)摽茖W(xué)的禁忌。我好像在《星際迷航的科學(xué)》里寫過這么一段話：你在聚會(huì)上告訴別人你是物理學(xué)家，他們會(huì)先應(yīng)付你兩句，但是當(dāng)你開始談?wù)摃r(shí)間旅行和曲率引擎之類，他們就興奮起來了！科幻使人了解那些激動(dòng)人心的科學(xué)問題、又不至于讓人背上智力的包袱。有些人會(huì)到這里為止，感嘆幾句這真是一個(gè)有趣的問題、一個(gè)有趣的故事就完了。另一些人會(huì)開始好奇，比如我，會(huì)想知道真實(shí)宇宙的運(yùn)行原理。這就是我寫《星際迷航的科學(xué)》的原因，因?yàn)檎鎸?shí)的宇宙比任何人寫出的任何科幻小說都有意思。

 

▲問：如果你不是科學(xué)家，你會(huì)做什么？

 

答：我母親想讓我做醫(yī)生，所以如果不做科學(xué)家，我可能從事醫(yī)學(xué)。我還想過當(dāng)電影明星，現(xiàn)在真的演了電影，我想我是兩邊的好處都占了。

 

來源：果殼

作者：Michael segal

譯者：紅豬