物理学需要哲学，但不需要哲学家！

点击：  作者：Michael segal    来源：中国科学院理论物理研究所  发布时间:2020-06-27 11:43:25

 

 △劳伦斯·克劳斯。图片来源：krauss.faculty.asu.edu

 

他是物理学家，成就卓越，曾预言宇宙的大部分能量都储存在真空中。他写过九本畅销书，第十本即将出版，包括大受欢迎的《星际迷航的物理学》（The Physics of Star Trek）——我读了这本书才知道，企业号需要燃烧自身质量81倍的燃料才能加速到光速的一半。

 

克劳斯说话从不掩饰。

 

他谈论哲学——“物理学需要哲学，不需要哲学家”。他也谈论宗教，给《纽约客》撰文的题目是《科学家都应该是战斗的无神论者》。他总是有话直说，偶尔还引起争论。

 

在对话中，我明显能感到他喜欢说些直接或不敬的话。不过更重要的，是他对科学的爱，以及他对科学方法的看法。他认为，科学方法不仅仅是一件实用的工具，更具有文化的价值，需要我们的传播和辩护，哪怕会引发论战。

 

以下是他在俄勒冈的家中和Nautilus的对谈。

 

AI先说

 

如果有看不懂的段落，可以跳过，但不要退出……因为后面你看得懂的段落，都会非。常。劲。爆。

 

▲问：为什么将引力和自然界的其他力统一会那么困难？

 

答：其他作用力的理论都具有一些美好的特征：虽然（无限多个）量子涨落从理论上看会产生无穷大的贡献，使你无法用那些理论来做计算。但是这些理论中还存在一种对称性，使我们得以驯服那些无穷大的贡献。你可以把无限大的贡献都忽略掉，并得出行之有效的预言。

 

但是在广义相对论中，它的数学公式使你不能忽略这些无穷大。在某些水平上，量子力学对广义相对论的贡献是无法驯服的，计算结果没有意义。这是因为广义相对论的数学本质使然，这是它的一个特征。另一个问题是概念层面的：如果空间和时间是广义相对论的变量（它们的确是），那么从概念上说，提出一个描述时间和空间的量子理论将是非常复杂的。

 

但现在看来，这并不是问题的关键。问题的关键还是在数学层面――你得保证引力场在微小尺度上的无限多涨落不会毁掉广义相对论，而现在它们确实在毁掉这个理论。正因为如此，我们才确信广义相对论还不足以完全解答引力问题。当你研究的尺度越来越小时，这个理论就和其他所有理论一样，需要修正。

 

现在有两种可能：一是用一种本身依赖于尺度的量子理论来修正广义相对论。二是用类似弦论的东西来修正广义相对论，得到一个最终理论，可以在从零以上的各个尺度上解释宇宙。我说的不是弦景观（landscape）。在大约是10^-30厘米的尺度时,引力就会体现明显的量子效应。于是我们讨论的就是，你是否能找到一个从10^-30厘米到0的尺度上描述宇宙的理论。我的朋友弗兰克·韦尔切克（Frank Wilczek）说过，弦论并不是一个关于万事万物的理论(a theory of everything)，它是一个关于近乎虚无的理论(a theory of almost nothing)。

 

▲问：我们要怎么知道引力能够量子化呢？

 

答：弗里曼·戴森（Freeman Dyson）是一位富有才华的物理学家，也是个异见分子。他已经90岁了，但近年来依然做了一些研究。我们在新加坡参加一次会议时他指出了一件事：我们并不能确定引力能够量子化。电磁波可以量子化，因为我们知道世上存在组成电磁波的量子：光子。此刻它们正朝我们飞来，照在我的脸上，也钻进记录这次访问的摄像机里，我们还能测量到它们。自然界中所有的作用力都存在对应的量子。如果引力也是一个量子理论，那么一定有一种传递引力的量子在发生相互交换，我们把它们称为“引力子”（gravitons）。它们是引力波的量子化的结果，就像光子是电磁波的量子化结果。但是弗里曼指出，我们还没法在地球上开展实验测量引力子。他可以证明为什么办不到：要做到这一点，你必须聚集巨大的质量，还没来得及实验，就会塌缩成一个黑洞。所以他说，我们根本不可能测出引力子，也不可能知道引力是不是一个量子理论。

 

我对这个问题的理解都在我和弗兰克联名的论文里写清楚了：我认为宇宙的行为仿佛一台引力子探测器，早期宇宙的一些物理过程会产生一种我们今天可以观测到的现象，即引力波。然而只有量子引力存在，这些事情才有可能发生。如果引力无法量子化，我们就无法观测到这些来自极早期宇宙的引力波了――BICEP（宇宙泛星系偏振背景成像实验）的研究者所宣称的发现。现在我们知道，BICEP发现的未必就是极早期宇宙的引力波。但如果极早期宇宙确实发生过所谓的“暴胀”（inflation）、也确实产生过引力波，那么我们就能断定引力是一种量子理论了。因此，量子引力的方方面面，未来的理论物理学家都必须做出解答——假如未来几代的理论物理学家都能保住工作的话。

 

▲问：引力波的发现会带来什么结果？

 

答：结果会是21世纪的新的天体物理学。我们正在制造的引力波探测器就是为了达到这个目标，有了这些探测器，我们就能看到黑洞形成的一瞬间以及黑洞相撞的情景。也许这些微弱的引力波会不受阻挠地从极早宇宙传播到现在，使我们了解宇宙诞生10亿亿亿亿分之一秒时的样子，而那个时刻已经很离大爆炸很近了。

 

我们将会看到黑洞的形成，看到中子星相撞。我们甚至不知道自己还会看到什么。那都是大量物质参与的大毁灭事件，爆炸或塌缩伴也会产生引力波。如果广义相对论是正确的，那么一个黑洞在形成的最后阶段就会以引力波的形式放出巨大能量，而我们或许就能看见这些波动。当两个黑洞撞击并结合成一个更大的黑洞，或者当两枚中子星撞击形成一个大型黑洞，也会产生大量引力波――我们应该能够见证这一点，我们还会了解广义相对论的性质和强引力的规律，还有黑洞的许多性质，以及我们平时无法看见的宇宙中的其他天体。

 

▲问：你还在钱包里带一张卡片、向别人证明大爆炸确实发生过吗？

 

答：是的，当然。我之所以要这么做，就是因为像你这样的人会问我这个问题。大爆炸真的发生过。我希望有一天能向本·卡森（Ben Carson）解释，但我觉得他不会懂。（译注：本·卡森，美国总统候选人，曾说过大爆炸是一个童话。）

 

 

我的卡片比较了从大爆炸出发预言的各种轻元素的含量――氢、氦和锂。我们预言它们的丰度相差10个数量级，比如宇宙的25％是氦，还有100亿分之一是锂。你如果对比观测数据、也就是这里的一条细线，就会发现它们和预测完全吻合。我们从大爆炸出发对轻元素丰度的预测，和观测的结果是相吻合的。在我看来，这是说明理论正确的最有力证据。

 

▲问：大众对科学的认识还有哪些缺陷？

 

答：在我们生活的这个社会，大众对基础科学没有任何文化上的欣赏。我们关于宇宙的发现是人类最奇妙的成就，可是有的人却对真相如此畏惧，因为真相可能违背他们既有的信仰，他们就此对真相闭目塞听，这是很令人担忧的。如果这仅仅是关于大爆炸的，我还不会在意。怕就怕越过了这一步，人类就会一路滑坡，直到不相信演化论、不接受世界的本来面目、反而根据2000年前铁器时代农民的所谓智慧来制定愚蠢的法律……

 

我认为这是我们这个文化在许多方面中体现出来的一个病征：你可以随便说谎而不受处罚，人们宁愿相信自己想要相信的东西、而不是接受对自己不利的现实，无论在意识形态还是宗教上，都是如此。就像戈尔所说的那样，真相有时是令人难堪的。面对真相，许多人宁愿埋头在沙子里――或许很快就要埋头到水里了吧。科学传播已经有很长的历史了，但是在我看来，传播科学成果的需求在这些年里变得越发迫切了，这个时代，全世界的人类都在危害地球，我们再也不能无视科学结果了，因为那样会让我们遭殃。

 

▲问：你在年轻求学的时候遇见过大物理学家理查·费曼。他对你有什么影响？

 

答：当年我还是个年轻的大学生，在加拿大参加了一个物理学本科生的组织，费曼到我们的会议上发表了一次讲话。我带着女朋友一起去听讲了，她是那里少有的几位女性之一，于是费曼花了许多时间与我交谈――还有她。我整个周末都在和费曼说话。他还教我怎么跳舞。这对于一个年轻人是一次奇妙的经历。欣赏他的谈吐，阅读他的文字，对我真的影响重大。我当然不是受他熏陶的唯一一个，但是我要说：他在谈论科学时传达的那份喜悦，也是我想在谈论科学时传达的。除了喜悦，还有勇敢——是的，他的勇敢同样重要。他鼓励我多冒险，我也真的那样尝试了。

 

我有幸写出这本书有一个原因：许多年后，在哈佛任教的我在加州理工学院发表了一次讲话，费曼在研讨会上问了我一个问题，事后还走上来和我交谈。我急着要告诉他我就是当年的那个年轻人，但有个讨人厌的年轻助理教授老是缠着我，后来费曼走了，我想，好吧，下次见面再说。可后来他就死了，我再也没能和他说上话。错过这个机会，真是可惜。我写这本书，也可以说是在向他道谢，因为我没机会当面跟他道谢。

 

 

△“费曼大神，我是你的死忠粉啊！”-“朕知道了。”图片来源：lh4.ggpht.com

 

▲问：说说你和哲学家大卫·阿尔伯特（David Albert）的交流吧。

 

答：我和他从未有过交流。我写了一本关于宇宙学的书。而他写了一篇评论，评的是他希望我写的一本关于宇宙学的书。在我看来，这两本书压根不是一码事。他的书评写得刻薄，但是他并不理解我实际写了什么，就连“宇宙学”这个词都没有提起。这篇书评引起了一些轰动，但我觉得很平庸。如果他是个英语系学生，我会给他打C-。要写书评，那就应该围绕着一本书来写。据我的记忆，他真正评论的是只有理查德·道金斯给我写的跋。那部分也写得不好，如果我是英语系教授，也会给他不及格的。

 

▲问：物理学需要哲学吗？

 

答：每个人都在从事哲学，科学家当然也不例外。哲学就是批判推理、逻辑推理和分析。在这个意义上，物理学当然需要哲学。

 

问题是：物理学家需要哲学家吗？我看已经不怎么需要了。以前是要的。早先的物理学家自己就是哲学家。当问题界定不清时，哲学是很要紧的，于是从自然哲学中产生了物理学。但是物理学已经摆脱了哲学。现在，就连科学哲学家的工作也已经和物理学家的工作没有多少关系了。物理学当然需要哲学，只是不需要哲学家罢了。

 

物理学家自己就在从事哲学，只是没有文凭。他们提出问题、批判分析、区分不同的假说、运用逻辑――这些都是重要的哲学活动。所以我不是要贬低哲学，因为这是我们切切实实从事着的工作，而且哲学在生活的许多方面都很有用处。我最近在讲台上和诺姆·乔姆斯基（Noam Chomsky）长谈了一次哲学，这个月还要和我的朋友、著名哲学家彼得·辛格（Peter Singer）对谈一次。他们提出的问题对人类活动的许多方面都饶有趣味。只是对物理学没有影响。

 

▲问：在你的著作《虚无中产生的宇宙》中，你问了“无”中是如何产生“有”的，你自己的回答是，“无”并不是我们想象的那种无。这是在逃避问题吗？

 

答：不，我只是变换了问题，这没有什么不对，科学里常这么干！我的意思是，这就是我们所说的“学习”，有的人因为我们改变了“虚无”的意思而生气，但我们同样改变过“光”的意思，因为我们发现了光是由光子构成的。学习就是这么一回事。

 

我们现在知道，“虚无（nothing）”是一个非常微妙的概念。我的意思是，它从来就没有过一个较好的定义。有宗教人士反对我对虚无的定义，但他们大多数人自己也没给它下过定义。他们定义的虚无是这样的：虚无就是只有上帝能创造万物的状态。这个定义是毫无用处的。《圣经》里所谓的虚无，其实应该叫做“真空”，而且是永恒的真空――许多人认为，我们的宇宙大部分都是如此，在100年前，这是主流的看法。当时认为，宇宙就是一个银河系加上周围的无限黑暗的虚空，并且那片虚空是很简单的。实际上，那个“无”中时刻创造着“有”，因为基本粒子随时在这样的虚空中产生、湮灭――它们称为“虚粒子”。所以说，那些批评我们的虚无定义的人，他们自己也从来没有好好地定义过它。

 

你可能会说，虚无就是不存在，可是你说的是什么东西的不存在呢？我在说到诞生宇宙的虚无时，我指的是彻底的虚无，不仅没有粒子和辐射，而且没有时间和空间，这一切都是从虚无从产生的。你可能要问，那么还有别的什么存在吗？我会说，这个问题在很大程度上是一个文字游戏、或许根本是个没有意义的问题，因为你也可以说还有别的东西存在，比如有一只驮着一只的乌龟、有别的宇宙，比如我们的宇宙是从一个多重宇宙中产生的之类；不过也可能真的什么都不存在，没有时间空间，时间空间都是忽然产生的。

 

说宇宙从无到有产生或许会使一些人困扰。可是，说一个光子从一盏电灯中产生，这就不使人困扰了。也许我们的宇宙就是那个光子的量子版本，有人觉得困惑，是因为这不符合他们的日常经验、不符合他们对于虚无的经典观念。又或者他们是在担心因果之类的问题：要是时间和空间都是大爆炸之后才产生的，那么整套关于因果的概念就该抛到窗外去了。如果没有了“之前”，你就无法在这个意义上询问因果了，这多使人困惑了！不过这也没什么，科学就是要使人困惑的，有人困惑就说明我们想得还不对。如果你觉得困惑了，就应该做点什么来解惑。

 

▲问：科学家会认为科学方法是神圣的吗？

 

答：不，它们不是神圣的。我们奉行科学方法是因为这些方法有用。如果它们不再有用，我们就抛弃它们！我们科学家不觉得有什么神圣的东西，用哲学的话说，我们是功利主义者（utilitarians）。一样东西如果没用，我们就不会再留意它；如果有用，我们就接着用它。你可以管这叫“神圣”，但我们只采纳有用的东西，而科学方法是有用的，神启没用。就这么简单！

 

 

△“忘了耶稣吧，你之所以能在此，是因为恒星们死去了。”——劳伦斯·M·克劳斯。图片来源：read.html5.qq.com

 

▲问：你怎么看待信教的科学家？

 

答：人类是可以同时相信两套完全抵触的观念的。有地质学家研究古代岩石，发表的讲话和写的论文都是关于几亿年前发生的现象，但他们又自称相信地球的历史只有短短6000年。他们究竟是怎么做到的呢？我是不明白，但就是有人做得到。
显然，从事科学而同时信仰宗教是可能的，因为的确有科学家信仰宗教。但是我也说过，对于那些科学家，宗教并不干预科学，因为他们关心宇宙的实际运行原理，只是在背地里会说：也许这一切都是上帝造就的吧。可是一旦思考宇宙的原理，他们就像著名生物学家J·B·S·霍尔丹（Haldane）所说的那样，并不会认为有什么上帝或者天使在摆弄试验设备的指针。霍尔丹还说，既然在实验室里是个无神论者，那么到了实验室外何不也做个无神论者呢？

 

▲问：你是因为科幻作品才从事科学的吗？

 

答：这是个鸡生蛋还是蛋生鸡的问题，很难回答。我小时候是因为喜欢科学才喜欢上了科幻？还是因为喜欢科幻才喜欢上了科学？我觉得这两样是相辅相成的。科幻是好东西，因为它突破了许多人不愿谈论科学的禁忌。我好像在《星际迷航的科学》里写过这么一段话：你在聚会上告诉别人你是物理学家，他们会先应付你两句，但是当你开始谈论时间旅行和曲率引擎之类，他们就兴奋起来了！科幻使人了解那些激动人心的科学问题、又不至于让人背上智力的包袱。有些人会到这里为止，感叹几句这真是一个有趣的问题、一个有趣的故事就完了。另一些人会开始好奇，比如我，会想知道真实宇宙的运行原理。这就是我写《星际迷航的科学》的原因，因为真实的宇宙比任何人写出的任何科幻小说都有意思。

 

▲问：如果你不是科学家，你会做什么？

 

答：我母亲想让我做医生，所以如果不做科学家，我可能从事医学。我还想过当电影明星，现在真的演了电影，我想我是两边的好处都占了。

 

来源：果壳

作者：Michael segal

译者：红猪