《Not Even Wrong》

读完《Not Even Wrong》,心里颇有些感慨。

这本书名很妙。直译过来,大约是“连错误都算不上”。话出自泡利,原句更锋利些:这不但不对,甚至连错都谈不上。一个理论若是错的,至少还与事实发生过关系;它提出了判断,给出了预言,然后被实验否定。这样的错误,在科学里并不可耻,甚至常常很有价值。可若一个理论漂亮、复杂、雄心勃勃,却始终不能落到可检验的地方,那便尴尬了。它像一座造得极精致的桥,只是两岸还没有人找到。

《Not Even Wrong》说的是弦理论。

说它是科普书,也不能算错。可随手翻开一页,若没有受过相当的物理训练,大概很快就会觉得眼前起雾。群、流形、对称性、规范场、额外维度,一个个词排在那里,像衣冠整齐的客人,彼此都很有来头,却不肯对陌生人多说一句话。我读着读着,也不免笑出来。所谓科普,有时并不是把事情讲得人人都懂,而是让外行知道:这里面确实有一座山,山上有人正在很认真地攀登。

这也许正是物理学迷人的地方。



它常常深到使人望而却步,却又美到使人愿意仰头多看一会儿。许多读者未必真懂弦论在讲什么,却仍然愿意相信那里面有某种庄严的秩序。像一个人站在远处看雪山,未必知道山脊如何走,冰裂缝在哪里,气压怎样变化,但仍会觉得那片白光不俗。

我年轻时在课堂上,也曾大谈物理理论之美。

那时讲相对论,讲量子力学,讲规范对称性,讲自然界何以能用如此简洁的数学语言表达。讲到兴起,自己先有些陶醉。台下学生安静地听着,神情认真,却未必真明白我在说什么。现在回想,他们大概也有一点类似读弦论科普书的心情:虽然不知道老师到底讲到了哪里,但看起来很厉害,姑且先尊重一下。

这种尊重,物理学配得上;但物理学真正值得尊重的,并不只是它漂亮。

弦理论当然漂亮。它试图把自然界最基本的粒子看成微小弦的不同振动模式,试图把量子力学和引力统一起来,也试图回答标准模型之外更深的问题。这样的野心,足以让许多理论物理学家动心。二十世纪七八十年代以后,弦理论逐渐声名鹊起,到了九十年代,更几乎成了理论物理中最耀眼的一支。学术会议上,若报告与弦论多少沾一点边,便显得站在时代前沿;若完全不提,反倒像少了一层光。

可是光太盛,也容易使人忘记地面。

弦论最大的问题,恰恰不在于它不美,也不在于它不深,而在于它长久以来没有给出真正能够被实验检验的预言。一个理论可以暂时远离实验,物理学史上并非没有这样的阶段。可是它不能永远不回到实验那里。物理学不是单纯的数学。数学在自身体系内自洽,便已经有了独立的价值;物理学还要面对这个世界。它不只问“这套结构是否漂亮”,更要问“自然是否真的如此”。

这一区别,常常被人忽略。

数学家可以在一套公理之内建造宏伟宫殿。只要逻辑严密,前后无矛盾,那宫殿便成立。至于自然界是否住在里面,并不是数学首先要回答的问题。物理学家则不同。物理学家也爱漂亮宫殿,却不能只住在宫殿里。他必须不时走出去,看星光是否按理论预言偏折,电子是否按公式给出的概率出现,粒子衰变是否真的遵循某个守恒或不守恒的规律。

这就是物理学的严厉之处。

牛顿力学曾经那么成功,成功到几乎像自然本身的语言。行星运行,炮弹轨迹,潮汐变化,许多现象都在它的框架里变得清楚。可是到了水星近日点进动,到了高速运动与强引力场,牛顿力学便露出边界。爱因斯坦的广义相对论接过来,给出新的解释,也给出新的预言。后来日全食观测到星光偏折,理论与事实相合,物理学界才真正张开双臂。

爱因斯坦伟大,却不是因为他说得漂亮,而是因为世界竟然真的按他说的那样弯了一下。

量子力学也是如此。

它初看时几乎违背常识。粒子像波,波又像粒子;测量会改变系统;结果只能给出概率。爱因斯坦本人都不喜欢其中某些意味,才有那句著名的“上帝不掷骰子”。可不喜欢归不喜欢,实验一次次站在量子力学这边。双缝实验、黑体辐射、光电效应、原子光谱,后来又有贝尔不等式相关实验,一步步把人的直觉逼退。物理学家可以争论解释,可以不满意哲学意味,但面对实验结果,只能低头。

这种低头,不是卑微,而是物理学最深的尊严。

我最喜欢的例子,还是宇称不守恒。

李政道和杨振宁提出弱相互作用中宇称可能不守恒时,两人都还很年轻。那是一个大胆的想法,因为在那之前,许多物理学家几乎把宇称守恒看成理所当然。自然界左右对称,这听起来多么朴素,多么合理。可物理学不能只依赖“听起来合理”。吴健雄后来做了精巧的实验,结果表明,在弱相互作用中,宇称确实不守恒。

实验一出来,局面立刻改变。

骄傲如泡利,也只好承认先前判断不对。诺贝尔奖委员会第二年便把物理学奖颁给李政道和杨振宁。这里面最动人的地方,不只是两位年轻理论家的天才,也不是实验技术的漂亮,而是整个物理学共同体对事实的态度。怀疑可以有,争论可以有,权威也可以先不相信;但实验结果若清楚可靠,所有人都必须重新站队。

这便是物理学与许多世间争论不同的地方。

生活中我们常见另一种情形。一个人说错了话,做错了判断,最先想到的不是查证,而是保全面子;不是修正,而是辩解;不是承认事实,而是把事实绕开。利益一沾上来,话便更难清楚。证据摆在桌上,仍有人说这是角度问题;逻辑已经断了,仍有人说你不懂他的深意。世间许多争执,令人疲惫,正在于它们没有一个大家共同敬畏的“实验”。

物理学有。

这个“实验”当然也不是神灵。实验会有误差,仪器会有系统偏差,数据处理也会出问题。物理学家并不天真到以为一次实验便能解决一切。所以结果要重复,要交叉验证,要换仪器、换小组、换方法。可是无论过程多复杂,原则始终在那里:自然界说了算。理论再美,也只能等自然点头;权威再大,也不能替自然签字。

弦理论的问题,就在这里。

它太美,太深,太像一个应该为真的东西。它把许多数学结构组织得令人赞叹,也吸引了无数聪明绝顶的人投入其中。威滕因弦理论相关工作获得菲尔兹奖,这本身就说明它在数学上的分量。菲尔兹奖并不比诺贝尔奖容易,甚至从稀缺性上说更难。四年一次,每次不超过四人,获奖者还受到年龄限制。一个物理学家因为弦论工作获得数学最高荣誉之一,这当然令人敬佩。

可是,菲尔兹奖不是诺贝尔物理学奖。

这话并非贬低数学。数学有数学的王国,物理有物理的边界。威滕的工作可以在数学上极有价值,可以启发几何、拓扑和量子场论之间的深刻联系;但若要作为自然界基本理论被物理学正式接纳,还缺那一道门:实验检验。几十年来,弦论给出了许多可能性,却很少给出足够明确、可操作、能被现实实验判定真伪的预言。它像一位极有才华的人,写了厚厚一卷乐谱,却始终没有让人听见那首曲子在空气里真正响起。

杨振宁不喜欢弦论,据说曾开玩笑说自己的研究所里不准谈弦论。

这当然是玩笑,也带着老一代物理学家对实验传统的坚持。杨振宁本人做规范场论,数学美感极强,并非不懂理论之美。恰恰因为懂,才更知道物理理论不能只停在美那里。美可以引路,却不能作证。一个公式写得优雅,一个结构看起来不可避免,这些都让人心动;可物理学最后仍要问:自然界是否如此?

有些弦论支持者会说,历史上也有许多理论在提出很久以后才被实验验证。

这话并非没有道理。引力波从广义相对论预言到直接探测,过了一百年左右。希格斯玻色子从理论提出到实验发现,也等了近半个世纪。可是这些理论毕竟给出了较清楚的预言,人们知道要找什么,只是技术一时达不到。弦论的困境更深一些:它不是简单地等仪器更精密,而是常常难以给出唯一、明确、能够排除其他可能的实验判断。

等待当然还可以继续。

科学史并不急着给谁盖棺定论。也许有一天,某个实验结果忽然出现,某个宇宙学观测留下痕迹,某个粒子物理现象无法用现有理论解释,而弦论恰好给出简洁有力的答案。那时,今天许多批评都会被重新审视。科学并不怕翻案,只怕没有证据。若弦论真能接受实验检验,并且胜出,物理学界并不会因为曾经批评它而拒绝欢迎。相反,物理学家会比任何人都兴奋。

因为物理学家真正爱的,不是自己的成见,而是世界显出新秩序的那一刻。

可在那一天到来之前,我们仍要保留一点冷静。

不能因为一个理论美,就说它必然为真;不能因为许多聪明人相信,就把它当作自然的判决;也不能因为它使用了极深的数学,就免除物理学最基本的义务。越是漂亮的理论,越要小心。漂亮有时会让人心软,让人舍不得问最粗鲁也最必要的问题:证据在哪里?

这也是《Not Even Wrong》让我喜欢的地方。

它并不只是嘲讽弦论,也不只是站在旁边说风凉话。它真正提醒的是,物理学为什么成为物理学。科学不是聪明人的游戏,也不是复杂概念的展览。科学之所以可靠,正在于它愿意把自己交给可能否定自己的东西。一个理论若不允许被否定,它便不像科学;一个理论若根本无法被否定,它至少还没有进入成熟物理理论的位置。

这件事,对做学问的人很要紧,对普通人也很要紧。

人总喜欢自己的想法。一个观点想得久了,便像自己的孩子;一个判断说出口多了,便不愿轻易收回。尤其当它漂亮、完整、能解释许多事情时,人更容易舍不得放手。可世界并不负责保护我们的自尊。事实若在另一边,我们能做的只有两件事:要么修正理论,要么承认自己错了。最坏的是第三种:既不修正,也不承认,只用更复杂的话把漏洞包起来。

物理学的训练,多少能使人对这种第三条路保持警惕。

我常觉得,自己之所以这样喜欢物理,并不只是因为公式优美,也不只是因为自然深邃,而是因为它逼人诚实。算错了就是算错了,实验不符就是不符,量纲不对就是不对。你可以难过,可以遗憾,可以花许多时间检查是不是哪里出了问题;但若所有检查都指向同一个结论,就必须放下原先那个想法。再舍不得,也要放下。

这当然很难。

没有人天生愿意被事实击败。物理学家也有虚荣,也有固执,也有学派门户,也有利益牵扯。科学共同体并不生活在真空里。可是物理学比许多领域幸运,它至少有一套相对清楚的纠错机制。实验、重复、同行检验、逻辑推导、定量预测,这些东西像一道道门,逼着人不能太随便地把意见伪装成真理。

所以,我并不愿意简单嘲笑弦论。

能吸引那么多一流头脑,能产生那么深的数学联系,能长久推动理论物理内部许多问题向前走,它必定有自己的价值。即使将来证明它不是自然界的基本理论,它留下的数学、方法和问题意识,也未必会消失。科学史上许多失败理论,并非一无所获。以太理论失败了,却推动了光学、电磁学和相对论的诞生;旧量子论不完整,却为真正的量子力学铺了路。

问题只在于,我们要知道它现在的位置。

它还不是被实验确认的自然规律。它可以是雄心,可以是路径,可以是数学结构,可以是研究计划,可以是某种尚待兑现的可能;但还不能说,它已经成为物理学意义上可靠的事实。说到这里,泡利那句话便显出分量:不只是还不对,甚至还没有到能够清楚判定对错的位置。

这句话刻薄,却清醒。

合上书以后,我又想起那些年在课堂上讲物理之美的自己。人到后来,多少会对年轻时的热烈有一点不好意思。那时总愿意把物理讲得高一些,亮一些,像把一盏灯举到学生面前。现在仍觉得物理美,只是更愿意在那盏灯旁边加一句:真正的美,不只在公式对称,也在它愿意接受事实的审判。

一个理论若美而不能检验,便还悬在空中。

一个理论若被检验、被否定,至少曾认真落过地。 而一个理论若既美,又经受住事实的反复敲打,那便是物理学最珍贵的时刻。

这样的时刻不多。

也正因不多,才值得我们长久等待。弦论也许仍在等待自己的那一天。我们可以欣赏它,可以研究它,也可以怀疑它。怀疑并不是不尊重,恰恰相反,只有把它当作严肃的物理候选理论,才会要求它接受物理学应有的考验。

窗外的世界并不因为人的理论而改变。

它在那里,沉默,冷静,耐心。我们写下公式,提出假设,争论不休,兴奋或失望。最后仍要回到它面前,轻轻问一句:是不是这样?

物理学最动人的地方,也许就在这个姿势里。

人可以骄傲到试图理解宇宙,却又必须谦卑到听从一枚粒子、一束光、一次衰变、一个实验数据的回答。正是这种骄傲与谦卑同时存在,使我至今仍觉得,自己当年陷入物理学的“爱河”,大概是此生最不后悔的一件事。