物理學家需要更誠實地面對公眾

理論物理學家們思考的很多問題都非常深奧,但也正是公眾所感興趣的,比如這個宇宙從何而來?宇宙將怎麼發展?宇宙萬物是如何運轉的?公眾有權從專家那裡得到關於這些問題的迴應。

主筆/苗千

物理學家需要更誠實地面對公眾

美國哥倫比亞大學理論物理學家皮特·沃伊特

哥倫比亞大學的理論物理學家皮特·沃伊特(Peter Woit)算是物理學界一位頗為特立獨行的人物。在進行研究之餘,他開設了一個名為“連錯誤都算不上”(Not Even Wrong)的科學博客,對於在理論物理學界發生的各種新聞進行實時報道和評論。在十多年的時間裡,這個博客唯一不變的主題就是旗幟鮮明地反對被很多物理學家寄予厚望的“弦論”(String Theory)。沃伊特堅持認為,弦論只是一個讓人看上去眼花繚亂的數學架構而已,作為一個科學理論,它甚至“連錯誤都算不上”。他還曾以同樣的題目出版過一本專門批評弦論的物理學科普著作。

沃伊特為什麼對弦論相關的一些理論長久以來都持嚴厲的批評態度?物理學研究遇到了哪些困難,科學家應該以怎樣的態度與公眾交流?一個春日的下午,在哥倫比亞大學數學系的辦公室裡,沃伊特接受了本刊的採訪。

一些科學理念“連錯誤都算不上”

三聯生活週刊:你的博客“連錯誤都算不上”已經開設很多年了,能說一下最初開設它的原因嗎?是什麼讓你堅持了這麼長的時間?

沃伊特:我也剛剛才意識到這個博客已經開設15年了,這確實是很長的一段時間。我寫東西的速度很快,所以在博客上寫東西並不太費時間,但我需要耗費很多時間在網絡上尋找值得報道和評論的科學信息。

2000年的時候,我在網絡上陷入了一些關於弦論的辯論——這幾乎是20年前的事情了!在那之後,我逐漸對弦論有了越來越多的評論。關於弦論的評價是一個非常複雜又非常重要的話題,因此我決定為此寫一本書。於是我從2002年開始寫一本評論弦論的書,題目就叫《連錯誤都算不上》(Not Even Wrong)。完成書稿之後,在尋找出版商的時候,我發現一些科學家在寫自己的博客,所以我從2004年3月份也開始寫博客。

三聯生活週刊:當你在博客上寫作時,想象中的讀者是誰?

沃伊特:我在寫《連錯誤都算不上》這本書的時候,非常清晰地感覺到,這本書是為我自己寫的,是為了當初更年輕、對於很多知識並不完全理解的自己所寫。所以我想象中的讀者就是像我當年一樣,十七八歲,對弦論充滿好奇的人。當然博客又稍有不同,因為它會報道很多最新的科學進展。無論是物理學家還是數學家,只要和我有相同的興趣,都是我的“目標讀者”。很多人都發現我的博客很有用。

三聯生活週刊:在這十多年的時間裡,你對弦論的看法有沒有發生過改變?

沃伊特:我的看法從未改變過。我想我對於弦論的看法越來越清晰,我認為弦論存在著非常大的問題。

三聯生活週刊:這句名言“連錯誤都算不上”是來自於奧地利物理學家沃爾夫岡·泡利(Wolfgang Pauli),算是一句非常尖刻的批評了。你用這句話來評論弦論和其他一些理論物理學的理論,比如多重宇宙理論,是否太過嚴厲?

沃伊特:對我來說,這句話具有雙重的意義。一層意思是非常嚴厲的批評:(某個理論)實在是太差了,甚至連個錯誤都算不上;而另一層意思可能更準確:某個想法還沒有經過充分發展,我們目前無法判斷它是正確或是錯誤的,因此只能稱它“連錯誤都算不上”。

沒有人真正理解當時泡利在說這句話的時候究竟指的是哪一種情況。在寫這本書的時候,我聯繫過泡利的一個博士後,他向我證實泡利當年確實說過這句話以評價某一篇論文。但是我們不清楚他是說這篇論文太差了,連錯誤都算不上,還是說論文中的理念太過模糊,無法驗證,連錯誤都算不上。

三聯生活週刊:那麼當你評價弦論“連錯誤都算不上”時,它是屬於哪一種情況呢?

沃伊特:目前對弦論發表任何評價都會面對一個困難:你不知道自己談論的對象究竟是什麼。目前已經出現了超過2萬篇關於弦論的論文,而很多弦論學家在做著完全不同的事情,因此我們很難對弦論做出任何直接的評論。我所認識到的現實是,在過去30年裡,所有試圖利用“弦”的概念,在多維時空中實現一個大統一理論的嘗試全都失敗了。我在和很多弦論學家交流的時候,他們大多也承認這些失敗,認為應該做更多的探索。但也有很多人不願意承認弦論的理念走不通,開始創造出諸如弦論的“圖景”(Landscape)或是多重宇宙理論等藉口——這幾乎可以算是弦論最糟糕的一方面了(不願承認自身的失敗)。當然也有很多的弦論學家在做有趣的研究,發展出有趣的數學。只是當一個人說起“弦論”的時候,他可能指的是各種各樣不同的東西,讓我們無法評價。

三聯生活週刊:如果歐洲核子中心(CERN)的大型重子對撞機(LHC)在實驗中發現了超對稱理論所預測的超粒子(Superparticles),你會作何評價?

沃伊特:超對稱理論與弦論有所不同,這是一個比較一般性的想法。人們希望把標準模型理論做一個擴充,就得到了超對稱理論。雖然也有很多人對這個理論充滿信心,但眾多的實驗也證明了,超對稱理論也不大行得通。因此如果真的發現了超粒子,我也會覺得非常吃驚。

如果我們把超對稱理論與其他一些理念相結合,也有成功的可能。我現在的一些工作就包含了一些超對稱理論的數學結構。而且一個情況與弦論也有所類似:當我們談到超對稱理論時,你需要說清楚自己談的是某一個特殊類型的超對稱理念,還是更為通俗意義上的超對稱理論。相比弦論,人們對於超對稱理念的理解更為深刻。當你說在量子場論領域研究超對稱理論,人們會大致理解你的意思。

三聯生活週刊:你對於多重宇宙理論的態度是否也和絃論類似?

沃伊特:我們必須分清多重宇宙理論內部的區別。當我們談到多重宇宙,究竟是說有很多宇宙存在,每個宇宙中的物理定律都一致——比如說它們都在我們的視界之外,還是說在大爆炸過程中產生了多個宇宙,發生了多次宇宙大爆炸等等。這並不算是一個非常有趣的理論。

多重宇宙理論之所以得到如此之多的關注,就在於它的另外一個版本:各個不同的宇宙內存著各種不同的物理定律。於是相信多重宇宙的人又利用這個藉口來解釋,為什麼在我們這個宇宙中的物理定律無法被理解——他們會說,因為在每一個不同的宇宙中,物理定律都是不同的。在我看來這是非常非常危險的。

我們需要注意,當有人談論起多重宇宙理論時,他們是不是在談論某個具體的理論模型,他們是不是在利用多重宇宙的藉口來試圖解釋我們這個宇宙的種種難以理解之處。這不僅對於人們目前所面對的一些科學難題來說是一種藉口,對於試圖揭開這些科學難題的科學家來說也是令人沮喪的——因為多重宇宙的信徒試圖說明這些問題壓根就沒法被理解。

如果我們最終發現了一個所謂的大統一理論,從其中必然能夠推導出無窮無盡的宇宙,那個時候我們才不得不承認多重宇宙的存在。問題就在於目前沒有任何關於多重宇宙的證據。一個科學家必須為自己的理論尋找實驗證據。用一個沒有任何證據的理論來解釋世界為何如此,這肯定不是科學——“連錯誤都算不是”就是一個非常合適的描述了。

物理學的困境在於缺乏實驗數據

三聯生活週刊:從這一點來說,目前理論物理學的發展很大程度上依賴物理學家個人的理念。

沃伊特:這確實是其中的危險之所在。而且很不幸的是,理論物理學變得越來越意識形態化。一個學者只要說自己是在研究弦論,聲稱自己是弦論學家,就像是加入了某個部落一樣,在這個群體里人們都擁有類似的理念。這實在不是一種健康的科學研究氛圍。

三聯生活週刊:弦論是否與原子論有相似之處?人們可能都需要花費數千年的時間去證實或證偽?

沃伊特:這只是一個藉口。一個無可逃避的事實是,弦論學家們對於自己的理論沒有任何實驗證據。所謂因為多重宇宙的存在,所以沒有實驗證據,或是需要數千年的時間才能找到實驗證據之類,都是為一個失敗的理論所找的藉口——而且這也算不上是說得通的藉口。

如果我們回顧原子論發展的歷史,就會發現它與弦論的歷史非常不同。弦論有非常具體的主張,處理的是非常具體的問題——但是行不通;而在希臘時代的原子論,人們從來沒有提出具體的主張,古希臘人也沒有去細緻地尋找原子論在當時行不通的原因。而人們為了證明弦論已經辛苦工作了30年,發表了2萬篇論文,世界上最聰明的人都在為此而努力……他們失敗的原因非常清楚。

三聯生活週刊:現在是一個成為理論物理學家的好時機嗎?

沃伊特:實際上我非常高興能夠成為一個數學家。如果我們比較當今數學界和理論物理學界的狀況,會發現數學界的發展更加健康一些。我經常對學生說,如果你對兩個領域都感興趣,那麼最好來數學系工作。

在美國的一流大學裡,一個非常聰明的人有很大機會在數學界找到終身教職;而他如果想要在理論物理學界找工作的話,就要和太多人競爭,大約只有十分之一的機會能夠拿到永久職位……

如果在物理學領域出現一個職位空缺,貼出廣告招聘,一定會收到大量傑出人才的申請,那麼大學該怎麼選擇呢?他們只能選擇在最熱門的領域進行研究的人,而忽略冷門領域的人才,結果就會導致所有人都去研究同一個領域。相比之下數學研究更分散。

三聯生活週刊:理論物理學界這樣的狀況,歸根結底是不是因為在過去幾十年裡,在這個領域都沒能取得重大進展造成的?

沃伊特:理論物理學研究的問題在於,當前人們的研究領域越來越集中於短距離、高能量的相互作用,而我們基本上已經沒有足夠的技術去進行任何驗證了。人們花了20年的時間建造了大型重子對撞機,並且取得了一些成就,但現在人們已經在議論,在大型重子對撞機的對撞能量範圍之外會發生些什麼。想要得到這個答案,將會花費很長的時間和巨大的資金。

理論物理學領域,在傳統上是由實驗所驅動的。你開動一個粒子加速器,通過實驗尋找新的粒子和新的物理現象,然後大家就會集中在這個領域進行研究。但現在,因為技術原因,我們已經無法再做出這樣的重大實驗發現,也沒法再通過實驗開創出一個全新的研究領域。即使我們應用與之前相同的研究方法,也已經沒有更新的來自實驗數據的啟示了——這正是理論物理學發展越來越不健康的原因之一。

而另一方面,數學並不是一門實驗性的科學,它並不在乎技術的進步,數學有其自身關於是否取得進步的標準,它不依賴任何來自外界的輸入,它只需要依照自身的方向一直前進。

物理學家應該和公眾對話

三聯生活週刊:從愛因斯坦的時代以來,物理學研究發生了哪些改變?

沃伊特:情況已經完全不同了。在上世紀初,愛因斯坦活躍的年代,理論物理學家還是一個非常小的群體,他們也有大量的實驗數據可以參照。量子力學之所以發展得那麼迅速,就是因為在當時有大量的原子光譜的數據。你可以從中得到很多啟發,進而發展出自己的理論。現代的理論物理學家們沒有足夠的數據可以分析。

但另一方面,愛因斯坦(在發展廣義相對論的過程中)與現在的物理學家所面對的局面也有相似之處。在當時牛頓力學仍然可以說是非常成功的,而愛因斯坦沒有很好的實驗數據可以供他去驗證自己關於時空本質的理論。所以他也經常和數學家交流,瞭解數學家們對於幾何的理解,並且試著應用到自己的理論中。這對我們現在的研究也有借鑑意義,如果你沒有足夠的數據,那麼與數學家交流,從數學結構中得到靈感也是一個好辦法。

三聯生活週刊:物理學家究竟是應該為自己所研究的理論感到狂熱,還是應該保持冷靜的態度?

沃伊特:一個著名的理論物理學家曾經說,選擇一條道路進行研究是非常辛苦、也非常容易感到沮喪的。因此想每天起床之後都能充滿活力地進行研究,就必須對於自己所探索的理論充滿熱情,讓自己相信這項研究是走在了一條正確的道路上。我想,這是物理學家為自己打氣的一種方式。

其中的問題在於,在面對公眾的演講中,他同樣會竭力宣傳自己的想法是肯定正確的。這樣一個非常聰明而有活力的物理學家站出來,向大家講述某個想法一定行得通,但是他又絕對不會說在他的理論中其實存在很大的問題,有些想法其實是行不通的,這就有誤導公眾的危險了。物理學家在面對公眾時必須更加誠實。

三聯生活週刊:大多數人都認為理論物理學太深奧難懂,另一方面現代物理學又有其自身的困境。在這樣的情況下,物理學家是否應該直接與公眾進行對話呢?

沃伊特:我想公眾對於這個領域仍然非常地好奇。理論物理學家們思考的很多問題都非常深奧,但也正是大眾所感興趣的話題,比如這個宇宙從何而來?宇宙又將怎麼發展?宇宙萬物是如何運轉的?公眾有權從專家那裡得到關於這些問題的迴應。

科學家應當回答大家的問題,和公眾進行溝通。而我的擔心在於,有些科學家在對待公眾時並不完全誠實。我們理解了什麼,什麼是我們還不理解的,關於這些問題應當坦誠地向公眾說明。一些物理學家會直接向公眾宣傳諸如弦論、多重宇宙等等還沒有任何證據的理論。他們只是在宣傳自己所相信的理論,而不是誠實地承認,我們並沒有相關的證據。

三聯生活週刊:在美國情景喜劇《生活大爆炸》(The Big Bang Theory)裡塑造了一個理論物理學家謝爾頓·庫珀(Sheldon Cooper)的形象。你對這樣一個人物有何看法?它是否能夠幫助人們理解物理學家?

沃伊特:我個人還挺喜歡這個電視劇的,但我有一些同事並不喜歡,認為它是在拿理論物理學家開玩笑。但我認為這是一種友善的搞笑方式。一個很有意思的地方是,電視劇裡的黑板實際上是由真正的物理學家寫上去的,你可以看出他們正在研究的課題。謝爾頓肯定不是一個典型的理論物理學家,他只是喜劇人物,把物理學家的一些行為極端化。這也正是很多物理學家不喜歡這個形象的原因。

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