Sabine Hossenfelder：美將物理學引入歧途_風聞

https://www.youtube.com/watch?v=QdhKfzABsEQ&list=PL4i9YSoIJiPfAq5TCk7xdVrJlxRAMbay-&index=19&t=3521s

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首先我要向大家介紹一下我目前研究的領域。籠統來説，我現在研究的是基礎物理學。其中又包含若干學科，例如宇宙學與高能粒子，物理學。量子引力學與量子信息學。這些學科所涉及的自然規律無法通過已知的任何其他自然規律推導出來。因為上述領域研究的都是僅僅在最小距離尺度之內生效的自然規律，基於現有知識的時間與空間規律以及二十五種不可再分的基本粒子——至少我們目前並不知道如何繼續分裂它們。愛因斯坦的廣義相對論描述了時間與空間的表現，對於二十五種基本粒子的描述則共同構成了所謂的粒子物理標準模型。

話説到這裏，這個領域最近究竟發生了什麼？所有人都在討論物理學遭遇了危機。《物理學的根基正在遭遇危機》，《超對稱與物理學的危機》，《現代物理學的危機》，《物理學是否面臨危機？》，《物理學的另一場危機》，《理論物理是否面臨危機》——我也不知道啊，看你們説這麼多我自己都快信了。那為什麼所有人都張口閉口不離危機二字？因為我們剛才提到的理論已經很古老了。廣義相對論問世已經超過了一百年，標準模型也是在上世紀七十年代提出來的。從那以後我們為這些理論添加了一些常數。標準模型所涉及的不少粒子也都是在後來才被發現的，例如夸克直到二十世紀九十年代才為人所知。至於希格斯粒子更是直到2012年才被大型強子對撞機揭開真面目。但是支撐這些實驗發現的理論可以追溯到七十年代，這些理論的數學架構直到今天依然保持不變。

不過這並不意味着物理學已經萬事大吉，因為我們手頭還有很多沒有答案的問題。最要命的問題在於標準模型與廣義相對論不相容。大家可能注意到我在畫面上將這兩個理論分配在不同的圓圈裏，因為標準模型裏的粒子都是量子粒子，需要遵循海森堡測不準定理，換句話説這些粒子可以在同一時間位於兩個不同的位置。此外這些粒子有質量，意味着它們能夠產生引力，而引力恰恰又是愛因斯坦的廣義相對論的描述對象。而廣義相對論當中完全沒有量子不確定性的位置。這樣一來人們難免要問，既然粒子可以在同一時間位於兩個不同位置，那麼引力跑到哪裏去了？這是一個很簡單的問題，但是我們目前回答不了。要想回答這個問題，我們需要一套量子引力理論，從而描述時間與空間本身的量子特質。下一個問題是暗物質。我們知道宇宙當中充滿了暗物質，而且暗物質與我們眼前所有這些物質的構成似乎都不太一樣，比方説這種物質不會與光互動。我們還無法直接偵測暗物質，因此我們不確定他們究竟是什麼。我們要麼假設宇宙中還存在一類新物質，從而解釋我們的觀察結果，要麼承認廣義相對論有毛病，需要加以修改。無論走哪條路，我們目前掌握的理論體系必然不可能完整無缺地保存下去。至於其他更加形而上的問題就不用説了，例如宇宙如何誕生，生命的意義是什麼，等等。

這些都是非常困難的問題。毋庸置疑，物理學是一門非常成熟的學科，實際上可以説是最古老的科學學科之一。目前簡單的問題都已經被我們研究完了，因此學科進步放緩也並不令人意外。另一個因素在於今天物理學從業者要比以往多得多。數據顯示今天的物理學從業者的數量相當於一百年前的一百倍。因此物理學進步放緩的問題必須放在百年尺度下加以討論，這樣看來，三四年的暫時受挫並沒有什麼大不了的。我們目前投入物理研究的人工工時也比以前多得多。反過來説，我其實並不太確定物理學是否真的遭遇了危機。我覺得這個問題沒什麼用處，更好的問題是：“目前物理學的進步是否已經達到了理應達到的速度？”至少就我所知來説，答案几乎一定是“沒有”。我認為物理學家現在搞錯了重點，關注了錯誤的問題。這也就是本次講座題目的由來——我認為物理學家過於偏愛美麗了。

物理學究竟怎麼了？我雖然不是歷史學家，但也願意為大家總結一下之前的情況。四百年前牛頓的時代，美被人視為上帝全能的體現。當時的科學家可以無所顧忌地討論上帝，他們認為自己的職責是解讀自然規律的奧秘。而自然規律則是上帝的傑作。用牛頓的話來説：“這個由太陽、行星、彗星共同構成的最為美麗的體系僅僅可能出自某個智慧存在的手筆。”牛頓絕不是當時唯一一位將自然之美與上帝聯繫起來的科學家。三百年後的亨利.龐加萊也認為：“科學家研究自然並非因為這樣做有用，他研究自然是因為能給他帶來愉悦，他之所以感到愉悦是因為自然很美。”換句話説，研究美麗的理論能為科學家帶來快感，這也有益於物理學科的發展。接下來還有赫爾曼.外爾，他是數學家，不過當年也為廣義相對論作出了貢獻。他率先主張美可以作為指導物理學研究的標準：“我的工作歷來在於統一真與美，但是當我不得不在兩者之間作出選擇時，我一般選擇美。”保羅.狄拉克對於美的觀點相當極端。越是到了他的職業生涯的後期，他的立場就越發明顯：“致力於以數學形式表達基本自然定律的研究工作者主要應當追求數學之美。物理學家越是成功，就越發相信他們可以通過類型來理解自然。他們認為自身的美感是尋找物理新定律的可靠指導。”用愛因斯坦的話來説：“我確信，依靠純粹的數學構建就足以發現將這些構建相互連接的概念與定律。這又為我們理解自然現象提供了鑰匙。某種意義上來説，我認為純粹的思想可以理解現實，就像古人夢想的那樣。”當然愛因斯坦説這話多少有點想到哪兒説到哪兒，因為他也曾在其他場合強調過觀察的重要性。

關於已故科學家的例子先舉到這裏，接下來我們舉幾個在世科學家的例子。徐一鴻是聖芭芭拉大學物理學教授。他曾在二十世紀八十年代寫過一本書，主題是物理學當中的對稱性。他在書中寫道：“我的同事與我都是阿爾伯特.愛因斯坦的智識後裔。我們樂意認為我們同樣也在追求美。”還有史蒂芬.温伯格，我在寫書的時候專門採訪過他。我尤其想問他那個他曾經講述過許多次的關於繁育賽馬的故事。“賽馬繁育者觀看一匹馬，説道：‘好美的馬’。儘管他表達的僅僅是審美情緒，但我認為這句評語的意義不止於此。賽馬繁育者見過很多馬，僅憑相馬的經驗就知道越美的馬越能贏得比賽。”温伯格也基於自己的經驗做出了主張，他認為我們可以通過研究成功的物理學理論培養出某種美感，而這種美感可以指導我們找到更新的理論。無疑這正是二十世紀七十年代標準模型發展起來之後人們所採取的研究路線。人們主張對於美的追求在標準模型的創建過程中起到了很大作用，唯一的問題在於這條路線現在已經走不通了。默裏.蓋爾曼認為：“尤其令人震驚且值得注意的現象在於，在基礎物理學當中美麗或者説優雅的理論要比那些不那麼優雅的理論更有可能正確。”我認為他這話説的不對。普林斯頓高等研究院主任羅伯特.迪傑格拉夫認為：“一旦你理解了書寫宇宙的語言，就會發現這門語言極其優雅、美麗、強大且自然而然，宇宙希望被理解，正是這種衝動驅使着我們所有人去尋找覆蓋一切的理論。”據我所知他研究的是弦理論。

我希望大家到現在已經理解了這種思路究竟如何產生。物理學家如此重視美，以至於不僅僅將美當做科學研究的附帶福利，而是將其當成了研究自然規律的工具。我們討論了這麼長時間的美，下面我向大家介紹一下我對美的定義。我在寫書時發現的令人意外的事實之一在於物理學家大致普遍認可“美麗理論”的含義。接下來我總結一下他們是什麼意思。醜話説在前面，我並不打算定義美是什麼。只想總結美在理論物理學家眼裏是什麼。畫面上這張鮮花拼盤的照片是我的孩子們做的，拿到學校裏興許還能得個獎。我認為這張照片體現了我們所有人對於美的某種直覺認識。這盤鮮花拼盤的最顯著特徵就是對稱，其中的材料全都來自自然，鮮花的擺放雖然有規律但是並不死板，看似簡單但卻也不那麼簡單。我們先來看看簡單的標準。簡單分為兩類。一類是相對簡單：假如有兩種理論都能解釋自然現象。應當採用更簡單的那種理論，這是很合理的科學研究標準。但是在基礎物理研究當中更常見的標準往往是絕對簡單。他們認為簡單的理論就是好理論。體現這種思路的最典型做法就是對於大一統理論的研究。在粒子物理標準模型當中有三種力。分別是電磁力、強核力和弱核力。大一統理論認為這三種力從根本上來説源自一種力，而且我們可以在極其高能的條件下重現這種力，儘管直到目前我們還沒有觀察到三力合一的現象。但是這三種力沒有任何理由非得能夠統一起來不可，只不過統一成一種力確實更加簡單。人們對於萬物理論的追尋也體現了這種簡單既美的思路。我們希望能找到一項足以描述整個宇宙的理論。

認為自然界的基本構成應當很簡單的想法在某種程度上是經驗性觀點。縱觀物理學的發展歷史，確實可以觀察到不斷趨向簡化的趨勢。但是誰也不能保證這一趨勢就只會指向一個方向。確實，我們經常發現複雜的新現象，然後構想出新的理論或者取得更新的發現來解釋這一現象，使之重新簡單起來。誰也不能保證我們接下來會發現怎樣的基本物理定律或者揭開怎樣的物理新層次——假設這種新層次確實存在——因此自然也就不能保證這些新定律與新層次一定比之前更加簡單。絕對簡單的理念還伴隨着另一個問題：我們這個世界的簡單程度是有限的。我隨便一想就能構想出許多非常簡單的物理理論。比方説，我可以構想一個不包含任何物質的宇宙，這個宇宙肯定比我們現在這個充滿物質的宇宙簡單得多。唯一的問題在於這樣的宇宙理論無法描述我們的觀察結果。任何理論都必須有出發點，而理論不可能比出發點更加簡單。

接下來是自然主義。沒有經受過理論物理學訓練的人們往往覺得自然是理論物理當中最難理解的方面。畫面上的照片是我本人拍攝的一塊向日葵田地。每一朵向日葵的花盤尺寸都差不多大，沒有哪兩株向日葵完全相同，但是所有的向日葵都非常相似。我們並不指望看到植株高度達到一英里的向日葵。相近事物的尺度應該相似，這一理念被物理學家粗略地稱為自然。説得更準確一些，沒有單位的數字——比方説空間維度的數量——應當與一處於同一個數量級。不該比一大太多，也不該比一小太多。假如某個理論僅僅包含這樣的參數，我們就稱這個理論為自然。按照更嚴格的説法還存在技術自然，其實是力度更弱的標準：假如某個理論當中包含比一小的參數，只要能夠解釋這些數字為什麼會存在，那麼這個理論依然算自然理論。最典型的例子就是對稱。對稱理論能迫使很多數字維持在比一小的尺度上。在這兩種情況下物理學家之所以追求自然理論都是為了避免不太可能正確的參數。假設某個理論裏的參數是0.00000000038，那麼這個參數就很不自然。這個説法看上去很含糊，這正是問題所在，因為假如你想從數學層面證明包含不自然常數的公式究竟有什麼問題，你往往會發現什麼問題都沒有。每當你討論某個事物不太可能為真的時候，你必須拿出可能性分佈來説明各種不同結果的可能性究竟有多大，而我們目前完全不掌握類似的可能性分佈。

主張自然的論點在某些科學領域確實很有用，比方説在研究向日葵的時候我們完全可以説“這株向日葵很自然，那一株向日葵很不自然”。但是在研究基礎物理時，我們所討論的常數全都是自然基本定律的一部分。假如硬要換一套不同的常數，那就等於換一個不同的宇宙。換句話説，可能性分佈應該能告訴我們，找到一個不同於我們現在這個宇宙的異世界宇宙的可能性有多大，而這個問題的答案我們永遠都不可能知道，更何況這也不是科學應該研究的問題。既然我們無法藉助統計學估計來理解宇宙的根本性質，那麼自然就只是一項審美標準。在應用這套標準時必須時刻牢記，這只是一項額外假設。

美的第三個也是最一言難盡的方面就是優雅，具體來説我們希望物理理論簡單一些，卻又不希望它太簡單，因為過於簡單的理論未免無聊。最理想的理論最好能提出出乎意料的解釋，形成全新的鏈接，提供全新的見解。畫面上這張照片的拍攝對象是所謂的流體藝術，具體創作方法是將亞克力顏料與其他化學物質混合在一起在杯中攪拌，然後將杯子倒扣在畫布上，猛然提起杯子，讓液體自然流淌。如此簡單的做法居然能夠創造出如此複雜精美的圖案，着實令我歎為觀止。物理學領域的所謂優雅大致也是這個意思。最典型的優雅物理理論就是弦理論。這個理論非常簡單：萬物都由弦構成。真正的迷人之處在於，一旦你嘗試用數學形式來表述這個簡單的理念，就會發現這些弦全都有自己的小算盤，換句話説你根本沒有辦法利用弦來開展運算。只要空間維度不是十，我們就無法前後連貫地用數學表達弦理論而不至於出現自相矛盾。換句話説，假如弦理論成立，那麼我們就生活在十維空間當中。這項見解確實非常令人意外，而且也與我們的日常體驗嚴重不符。廣義相對論也被視為非常優雅的理論。廣義相對論的內容非常簡單——我猜當年愛因斯坦肯定因此吃驚不小，因為他耗費了很多年的苦思冥想才寫下了理論公式。他的問題在於在他所屬的時代並不具備足夠有力的數學工具，以至於他不得不一邊研究廣義相對論一邊開發自己所需的數學工具。今天一名大學生只要接受過微分幾何的基本教育，只需要三行演算就能推導出廣義相對論公式。總之這項理論看上去非常簡單，但卻能為我們揭示很多不同尋常的洞見，比方説廣義相對論預言了黑洞乃至蟲洞的存在，預測了引力波的存在，還預測了引力透鏡的存在。所有這些全都是僅僅通過數學就得出的結果。因此理論物理學家才將廣義相對論稱作優雅的理論。

援引優雅作為論據的問題在於，我們對於優雅的定義在很大程度上取決於我們的已知知識。你越是瞭解廣義相對論，就越不會因為廣義相對論預測引力波而感到吃驚。今天我也可以寫一篇論文，主張某個理論看上去很優雅，因為從簡單的字面內容能夠推導出令人意外的結論。問題在於我們怎麼知道這個結論是否為真？因此我認為儘管所有人都喜歡談論優雅的理論，但是優雅本身並不能作為發展物理學理論的依據。

簡單、自然與優雅，我將這三者統稱為物理學的隱藏規律。這三者分別構成了美的三個方面，並且共同匯合成了一套技術要求。你可以以數學形式寫下這三者的定義，至於這三者原本僅僅作為假説的地位則逐漸遭到了遺忘。 很多人都向我抱怨應該將這三者稱作哲學標準或者形而上學標準，我説：“愛咋咋地，我就要將他們稱作審美標準。”因為正如你們所見，我相信審美正是這三條標準一開始的源頭。怎樣稱呼他們並不重要，重要的是這三條標準都是與數學無關的額外附加標準。

從歷史上來説，以美為標準來指導物理學研究的效果怎麼樣？不怎麼樣。理論物理學家很喜歡引用追求美的物理學研究取得正確成果的案例，卻忽視了沒能取得正確成果的案例。其中最著名的案例當屬正多面體與行星軌道的關係。開普勒曾經提出，行星軌道的尺度遵循層層嵌套的正多面體的內徑。如今我們知道，首先行星的公轉軌道並不是圓形，其次宇宙當中也不僅只有五顆行星。圓形軌道本身也是一個典型的反面例子，當初開普勒發現橢圓形的行星軌道要比圓形的行星軌道更加契合觀測結果，與他同時代的天文學家很難接受這一點，因為他們覺得圓形比橢圓形更加美麗，因此上帝肯定會選擇圓形而不是橢圓形作為軌道。圓形是完美的，而橢圓則沒那麼完美。進一步説，對於美的觀感也會隨時代而發生變化。今天的天文學家對於橢圓軌道並沒有什麼美學看法，橢圓就只是橢圓而已。在十九世紀與二十世紀之交，理論物理曾經經歷過一個非常有趣的時期，當時人們喜歡將剛剛觀察到的原子描述為不可見的以太當中的扭結。這一理論被稱為漩渦理論。當時的人們很喜歡這個理論，並基於這一理論進行了很多計算。所有這些計算都沒能得到可觀測的預測結果，不過這並不耽誤他們發論文。這個理論後來怎麼樣了？後來人們發現了量子力學。這套新理論同樣能夠解釋不同原子之間的差異，而且還能符合觀測結果，於是漩渦理論就很快被人遺忘了。

第四個關於“美麗的理論卻不正確”的例子是靜態宇宙觀，即宇宙不會隨着時間的流逝而變化。現在我們知道並不是這麼回事。我們知道宇宙始於大爆炸，並且從那以後一直在膨脹。在宇宙的初始階段，所有物質都以極高的密度緊緊擠壓在一起，然後才隨着宇宙的膨脹逐漸形成了星系與恆星系。宇宙是動態的，，而且時時刻刻都在改變。後來人們發現這一點是愛因斯坦廣義相對論導致的必然後果。他們對此感到非常反感，他們不想要這樣的宇宙，因為不夠美。美麗的宇宙就應該是亙古不變的宇宙。但是事實證明宇宙確實會不斷演化。

有趣的是，很多在職業生涯當中提出過一兩項正確理論的物理學家到了晚年往往傾向於認為，正是美感引領他們提出了這樣的正確理論，比方説維爾納.海森堡：“這些內在關聯性儘管在數學上極為抽象，但卻展現出了令人難以置信的單純。這是一份天賜的禮物，我們只能充滿謙卑地接受下來，就算柏拉圖也不敢相信他們居然會如此美麗。”海森堡是量子力學這一極其成功的物理理論的奠基人之一，但是上面這段話指的並不是量子力學，而是他在二十世紀五十年代提出的統一一切物理學的大一統理論構想。當時他非常確信自己走在正確的道路上，還到處舉辦講座。顯然他還向記者們透露過自己的構想，有一次他甚至告訴記者，這項理論基本上已經大功告成，只差填充細節。這番言論讓他的同事泡利大為光火。後來有一次泡利給他的朋友伽莫夫寄去了一張明信片，在明信片上畫了一個方框，下面寫道：“僅此證明我的繪畫水平不亞於提香，所欠缺的只有技術細節而已。”想必大家都從來沒聽説過海森堡的大一統理論，因為這個理論不管用。

美麗的理論並不一定正確，這一點我想我已經説得很明白了。歷史上充滿了這方面的例子。反過來説，醜陋難看的理論用起來卻沒問題的例子也有不少，其中最典型的例子就是量子力學。海森堡並不是唯一一個發現了量子力學的人，幾乎與他同時薛定諤也提出了一套量子力學公式。一開始人們還沒有意識到這兩人提出的不同公式其實指向了同一套理論。薛定諤認為海森堡的公式很難看，海森堡也認為薛定諤的公式很難看。時至今日依然有人認為量子力學理論很醜陋，但我並不是這些人當中的一員，我認為量子力學的數學表達確實非常美麗。不過至今依然有不少人試圖證偽量子力學。接下來還有量子場理論。我們在計算某些測量結果的時候，理論給出的答案是無窮大，因此我們又研發了一套方法來應對這個問題，我們稱之為正則量子化。保羅.狄拉克認為正則量子化非常醜陋，但是這一招同樣很管用。今天的人們僅僅將正則量子化當做諸多數學工具當中的一種，不再認為它有多麼醜陋了。剛才我已經舉過了橢圓型行星軌道與宇宙大爆炸一度被人視為醜陋的例子，這裏不再贅述。

那麼歸根結底，我們應當怎樣看待美？美麗的理論有的時候是正確的，有的時候不是。沒有理由認為美麗的理論就一定是正確的。我們的美感在一定程度上由進化塑造，另一方面也受到了成長環境與教育的塑造。社會常規與文化都會影響我們對美的認識，而所有這一切都不涉及我們對於自然基本定律的理解。所以我們絲毫沒有理由認為美感能夠引領我們走上正確的物理研究之路。美確實具有經驗性的價值，但是如果你想開發全新的基本理論。那麼你所要做的實際上是擺脱舊有的經驗。如果你固守舊理論養成的美感，那也就意味着你拋不開舊理論。我認為這正是基礎物理目前面對的情況。真正科學的做法是根據例如自然之類的審美標準提出假説，然後檢驗這些假説是否正確。不過我們已經按照這種方法研究了四十多年，就目前的結果來看，根據美學標準提出的物理假説全都不正確。但是物理學家們卻還在一遍又一遍的重複這種做法，希望能夠得到不一樣的結果。我認為正是這一點導致了目前的物理學危機。

正如我平時愛説的那樣，檢測理論是物理學研究當中最簡單的部分，只不過其實並不是。如今檢測全新物理理論所耗費的時間與金錢成本正在變得越發高昂，而我們這些理論物理學家也因此而承擔了越發沉重的負擔，因為我們必須小心選擇究竟檢測哪個理論。如果我們選擇了錯誤的理論，那麼檢測結果只能得到負面結果或者説一無所獲。負面結果固然也是結果，但是卻不能用來有效地引領下一步的理論發展。我們想要看到的是全新的現象，發現全新的粒子。因為我們可以將這些新現象納入原有的理論，從而使理論得到進一步的發展如果選擇了錯誤的理論加以檢驗，那麼試驗結果就無法指導理論發展，物理學家也會因此陷入惡性循環。他們不得不一次又一次提出勝算不大的理論，一次又一次得到沒有用的結果。我個人認為整個物理學領域在這個惡性循環當中已經掙扎了幾十年。

接下來我舉幾個預測失敗的例子。在粒子物理的標準模型當中有一個參數名叫西塔參數。我們通過測試得知，西塔參數要麼很小，要麼乾脆是0。這是個自然主義問題，正如我剛才説過的那樣，我們手頭有一個很小的數值，我們想要找出一套機制來解釋這個數值為什麼這麼小。二十世紀七十年代的皮塞-奎恩理論提出了這樣的機制：我們在量子場中測量這個參數得到的數值是其勢能的最小值。問題在於温博格與維爾切克分別發現，假如你將轉換過後的參數納入量子場當中，那也就相當於向整套標準模型當中引入了一個新粒子，維爾切克稱之為軸子。這種新粒子在七十年代剛剛被人提出，立刻就遭到了否定。接下來發生的事情非常典型地體現了當前物理學研究的弊病。理論物理學家非但沒有放棄軸子，反而還變本加厲，基於軸子的存在提出了更加複雜的理論。以此來規避試驗觀察結果設下的限制。於是他們發明了所謂的隱形軸子。直到目前為止我們還沒有找到這樣的軸子，問題在於它們是隱形的。

另一個類似的例子是弱相互作用大質量粒子/WIMPs。這種粒子是一整套假設粒子當中的一種，而這些例子又是所謂超對稱理論的先決條件。超對稱理論是標準模型的假定延伸。根據超對稱理論，標準模型當中的每一種粒子都有一個對應的超對稱搭檔。在物理學家眼中，這套理論非常美麗，也非常自然。更妙的是，某些超對稱粒子還能用來解釋暗物質的存在。因此在二十世紀八十年代很多人都相信超對稱的存在。我必須承認我完全理解他們的想法，這的確是非常強大的動機。這些理論剛剛提出的時候確實非常精彩，我也完全理解為什麼有人願意投入時間精力去證明它們。但是研究到一定程度，人們必須根據已有結果得出另尋他路的結論。我認為在這方面我們已經拖延得太久了。

尋找WIMP粒子的動機之一在於數字巧合。我們稱之為WIMP奇蹟。具體來説，我們知道弱相互作用粒子究竟如何互動，我們也知道這些粒子的質量。利用這些數據作為輸入值，我們可以計算此類粒子在早期宇宙當中的數量。有趣的是，我們算出的數值非常接近我們如今觀測到的宇宙當中暗物質的密度。因此人們開始到處尋找這種粒子。比方説我們可以製造一個極大的水箱，裏面裝滿特定液體。暗物質粒子不喜歡與普通物質粒子相互作用，但是偶爾也會有那麼一兩個粒子相互作用一下。我們所要做的就是準備一大團物質，在周圍佈設非常靈敏的探測器，並且將它們深埋在地下礦井裏，以此隔絕宇宙輻射的噪音干擾，然後我們就等待探測器發現什麼。我們從二十世紀八十年代中期就開始等待，直到現在什麼都沒發現。人們為這套理論設置了很多限制，例如粒子的最低質量不能低於多少，相互作用的強度又不能高於多少。因此理論物理學家主張，我們有理由相信粒子相互作用的強度太弱，這種類型的實驗發現不了，我們應該再進行一場更高端的實驗；下一場實驗同樣什麼都沒發現，於是理論物理學家只得提出更新的理論。這個過程聽上去很瘋狂，但實際上就是如此。自從二十世紀八十年代以來，理論當中的例子相互作用強度已經下降了十萬倍。最近的一輪試驗已經結束，依然一無所獲。規模更大的試驗設施正在興建當中。我認為此類研究進展到一定程度，總有人要站出來主張：“差不多得了。”原則上來説我們可以無休止地進行此類試驗，但是至少在我看來這條路走不通。

再接下來還有大型強子對撞機。這是目前全世界最強大的粒子對撞機位於日內瓦的CERN。它能以十四兆電子伏特的能量來撞擊粒子。大型強子對撞機確實發現了二十世紀六十年代就被預測過的希格斯粒子，這也正是新建強子對撞機的主要原因。但是還有很多理論物理學家相信，大型強子對撞機除了希格斯粒子之外還應該觀測到其他的現象，比方説超對稱粒子、微型黑洞、引力子、額外的空間維度等等，甚至有人認為可以通過強子對撞機觀測到平行宇宙的存在——我沒開玩笑，真有人寫過這方面的論文。但是所有這些現象目前還都沒有人觀測過。

那為什麼還有人相信這些現象會出現？因為自然主義原則預測這些現象會出現。如果你希望理論足夠自然，那就必須在臨近希格斯粒子質量的區間內出現全新的物理學。這一點直到目前還沒有發生。實際發生的是上萬篇論文的問世，每一篇論文都預測大型強子對撞機會觀測到這樣那樣直到目前還未被觀測到的現象。誠然，大型強子對撞機至今還在運行，依然在收集數據，我們很可能觀測到新的現象。但是不管這些新現象是什麼，就目前來看都與理論物理學家的預測不沾邊。有時人們問我成千上萬篇論文這個數字是怎麼得出來的？這不是我信口胡説，想要評估這個數字非常容易。超對稱、額外維度以及微型黑洞，所有這些理念都得有第一篇論文將其提出，我剛才説過。我的博士論文主題就是強子對撞機能否產生微型黑洞。你們可以看看這些論文被其他論文引用的頻率有多高。最受歡迎的論文的被引用率往往都在四五千次左右。所有這些後續論文要麼提供進一步的細節，要麼對前作進行略微修正，要麼將不同的理論加以雜交。

再接下來還有些預測根本沒法檢驗。比方説有一種關於早期宇宙形成的理論叫做膨脹理論，這個理論認為宇宙經歷過一輪迅速膨脹。膨脹理論對於我們今天計算可觀測結果來説非常方便。因此從某種意義上來説這是個很有用的理論。問題在於這個理論的變體太多。有一羣研究人員甚至編纂了一套膨脹理論百科，其中收集了提出不同膨脹理論模型的論文，總數共有192篇。這還都是最基礎的模型，如果算上各種變體的話興許還能再增加一百篇。真正的可怕之處在於我們可以構想出無窮無盡的早期宇宙模型，這一點催生了一門論文生產產業。理論物理學家可以隨便找個模型，做一番計算，提出預測，哪怕驗證預測所需的現象我們至今都無法測量。就算這篇論文不濟事也無所謂，因為可以發的論文數量無窮多。

接下來是多元宇宙理論。我實在不想在這個話題上多説廢話。這個理論認為我們的宇宙不是唯一的宇宙，而是無窮多宇宙當中的一個，而且在這無窮多宇宙當中的每一個都有着截然不同的基本物理定律。剛才我討論自然主義時提到過一點：理論物理學家很喜歡構想具有不同物理定律的宇宙。我認為多元宇宙理論的根源在於我們對於簡單原則的過度強調。假如某項理論一味捨棄了與觀測結果之間的聯繫，自然就會得出多元宇宙的結論。就算你將觀測結果擺在這項理論面前，它也會説：“這只是基於本宇宙之內的常數得出的觀測結果，其他宇宙未必是這麼回事。”如果你説：“我不喜歡這樣，我想要一套萬物理論，我希望能夠實際計算。”那麼人家還可以拋出如下假設——基於現有的宇宙常數無法得出萬物理論，因此肯定還存在具備不同常數的其他宇宙。唯一的問題在於我們無法觀測這些所謂的其他宇宙。

還有些理論可以被無休止地修改下去，比方説超對稱。某些特定的超對稱模型已經遭到了否定，但是超對稱的理念——每一種基本粒子都有搭檔粒子——在原則上無法遭到否定。就算某種新粒子如此之重，以至於在目前的對撞機當中沒有觀測到，你還總可以宣稱：“再建一台更大的對撞機，説不定就能觀測到了。”

還有些理論乾脆只能在其他宇宙當中才能生效。比方説二維空間引力理論。這個理論的好處在於二維空間當中的引力要比三維空間當中的引力簡單的多，唯一的問題在於我們並沒有生活在二維空間當中。這種理論並非沒有價值，我們稱之為玩具模型，也就是對於現實世界的簡單化。這種模型也能在一定程度上幫助我們理解所處的宇宙。但是絕大多數情況下，我們都很有理由認為這些簡化理論不能用來準確的描述我們所處的宇宙。我們還是應當努力提出能與現實的、可觀測的宇宙建立聯繫的理論。

目前理論物理領域的問題在於，人們往往滿足於玩弄各種看上去很美的理論，卻提不出任何可驗證的預測。人們甚至乾脆停止了將理論與實驗相關聯的努力。有些人甚至質疑類似的實驗究竟有沒有可能做出來。我得出的結論是，我們目前關注的是錯誤的問題。我們可以研究一下科學史，看看當年都有哪些問題帶來了突破性的科學進步。我剛才説過，愛因斯坦的相對論剛一問世就被視為非常美麗的理論，就連愛因斯坦本人都發表過這方面的言論，我想愛因斯坦當年也受到了這套理論的美麗之處的驅使。但是另一方面，他當時也確實正在研究一個非常有價值的問題。廣義相對論解決了狹義相對論與牛頓力學之間的矛盾之處。在此之前，狹義相對論與牛頓力學相互對立，無法兼容。這是個數學問題，而這個問題的答案就是廣義相對論。狄拉克也是類似的情況，狄拉克本人同樣強烈受到美感的驅使，但是他的公式同樣解決了一個重要問題，也就是狹義相對論與舊版量子力學之間的矛盾。這兩位科學家在個人層面上確實受到了美的驅動，但是他們的理論之所以成功，我認為要歸結於他們從一開始就選擇了好問題來研究。今天的理論物理學家們研究的都不是什麼好問題。比方説你覺得標準模型當中有一些粒子的質量特別彆扭——這並不能算是什麼問題。我要向同事們提出一點拙見：在你着手解決某個問題之前，首先要確定這真是個問題。

接下來我還有一點不那麼拙的見解。畫面上這張照片是我以為自己的相貌，而27這個數字就是同事們眼中我的相貌。27是我的赫希指數或者説H指數。這個指數是喬治.赫希在2004年提出來的，簡單來説這個指數指的是某人發表的論文的總篇數以及這些論文被引用的總次數。換句話説赫希指數一方面衡量你的生產力，另一方面衡量你的受歡迎程度。我剛才談到的這些理論——從超對稱到暗物質粒子，再到宇宙膨脹理論等等——他們的赫希指數全都非常高。這些論文的產量非常高，而且非常受歡迎，因為人們都喜歡研究看上去很美的理論。赫希指數的引用極大地惡化了當前的局面，因為現在很容易就能量化某篇論文或者某位研究者的得分。當然，赫希指數並不是衡量科學生產力的唯一標準，其他指數還有很多，什麼g指數，hg指數，h-b指數，M指數，R指數，等等。這些指數都會以不同方式來衡量作者的發表次數以及發表論文的被引用次數。此外還存在測算學術生產力的完全不同的方式，例如谷歌頁面排行。儘管存在這麼多替代方式，其中很多都比赫西指數這樣粗陋的方式更加精密，發表數量與被引用數量依然是衡量學術能力的首要工具，儘管針對這些方法的批評以及它們所暴露出來的問題從來都沒有斷絕過。

第一個問題在於科學家不喜歡這套方式。科學家不喜歡被人量化，我也不喜歡被人量化。但是作為一名物理學家，不喜歡量化這一點，着實有悖於我的職業理念，我相信歸根結底一切事物都可以被量化，只不過某些事物的正確量化方式要比其他事物更復雜一些。但是科學家確實反感量化標準被用在自己身上，因此他們乾脆一攬子反對一切針對自己的量化。第二個更嚴重的問題在於錯誤的量化標準扭曲了科學研究的動機。如果説你的科研水平是由你發表的論文的數量決定的，那麼你自然有動機寫更多更短的論文，而不是寫一篇很長的論文。這種做法未必能有助於推進科學，但是確實延長了某人的發表清單。另一種做法是換湯不換藥地針對同一個題材反覆發論文，採用同一套計算，只是研究模型略有區別。你還可以側重於時下最流行的、發表論文數量最多的領域——難怪弦理論當年被稱作成果斐然的理論。因為從數學角度選理論確實有很多可寫之處。之所以要選擇流行領域，是因為針對某個領域寫論文的人數越多，有可能引用你的論文的潛在作者數量也就越多。此外這種做法還鼓勵論文作者私下勾兑：我引用你的論文，你將我列為共同作者。假設我每年發一篇論文，那麼我的年產量就是1，假設我與另外5名作者勾兑，我們每個人都將其他5個人列為自己論文的共同作者，那麼我們每個人的年產量就突然上升到了6。我認為這是計算論文發表數量不足以衡量科研水平的最主要原因。在計算某一位作者的論文發表數量時，應當根據共同作者的數量將最後得數加以規範化。此外這一做法還會鼓勵人們誇大你的研究發現的重要性。

關於衡量標準的最後一項問題就是我們當真離不開它們。我曾經屬於強烈反對採用數字衡量科研水準的陣營，但是後來我參加了一個博士後選取委員會，那所學校的每一個崗位都有兩三百名應聘者。在一次討論會上，另一位委員會成員乾脆將所有申請人的申請書都打印了出來，光靠兩隻手根本捧不住。按照我們學科的慣例，這些崗位申請的截止日期是十一月底。但是同樣按照行內常規，到了十一月的時候，一半申請人的推薦信往往還沒有送達我們手裏，選舉委員會當中很多人都不會在沒有推薦信的情況下就閲讀應聘申請，至少也要等到大部分推薦信都送達之後才會開始着手閲讀申請，此時已經到了十二月的第一或者第二週。在聖誕節之前，委員會必須從這二三百人當中挑出十來個人的優選名單，並且將他們按照獲得錄用信的優先順序進行排列。這種情況下我們根本不可能認真審視每一位申請人的研究成果——我剛才所説的兩隻手捧不過來的那一堆文件僅僅是申請書，完全不包括申請人發表過的任何論文。假如你是這個委員會的成員，你肯定會採用簡化方法，直接查看某人發表論文的篇數、論文被引用次數以及發表刊物的影響因子大小。我們之所以這麼做是因為我們沒有別的辦法。我們非常需要衡量標準，但是由於我們沒有好的衡量標準，只能將就着使用壞的衡量標準。我認為這一點極大地禍害了學術體系。

以下是我針對這個問題提出的建議，也是我去年的思考成果。我開發了一個網絡互動界面，用來評價研究生產力。科學家們可以在這個網站分析論文發表數據，可以自定義衡量標準，也可以採用已有標準，還可以混用多種標準並且取平均值。我們會明確公開每一種標準的計算方式。你可能以為這樣的網站早就存在了，其實真沒有。問題在於目前通行的大量標準其實不是為了科學家而準備的，而是為了讓高等教育機構的行政人員衡量研究人員的業績而準備的。我們需要讓衡量標準為科學家服務而不是與科學家作對。我相信，假如每一位科學家都能定義自己的衡量標準，那麼再想依靠刷發表數量之類的簡單手段來投機取巧就沒這麼容易了，因為你不知道今後會有什麼人會用怎樣的標準來衡量你——就算你知道，對面也可以隨時更換另一套標準。

我只是做了一點微不足道的工作，但是我相信這點工作確實值得一做。最後我想引用一下傑弗裏.韋斯特對於萬物公式的看法：“我始終認為，真正的萬物公式其實就是A=B。問題不在於公式本身，而在於A和B究竟是什麼。”謝謝大家。

譯者：萬年看客