万物理论的黄粱一梦：物理学为何陷入停滞？

物理学的停滞

浏览物理学类科普书籍的书架，您经常会发现类似的主题。无论是《隐藏的现实》（2011）、《深藏的秘密》（2019）还是《我们的数学宇宙》（2014），这些书都暗示着一个有待物理学家揭开面纱的潜在秘密世界——一个超越我们感官认知的领域，仍然是他们的特殊权限。纵观物理学的发展史，它对物理宇宙的描述优雅而精确。然而，如今物理学家努力探索的现实似乎越来越远离他们所居住的世界。尽管实验取得了成功，但物理学却一再辜负人们的期望，未能提供更深入、更“终极”的物理学——一种能够统一其他所有物理学的现实。因此，物理学家似乎不得不接受越来越具有推测性的命题。然而，由于没有明显的途径来验证这些推测，物理学家别无选择，只能重复类似的方法和实验——只是规模更大，成本更高——希望可以发现新的东西。似乎有一种焦虑感困扰着他们，担心找不到新的东西，或者未来的实验只会揭示更多的无知，因此基础物理领域被激励去追求更天马行空的想法。

作者：阿德里安·德·苏特

编辑：阿K

我认为，追求更基本现实的统一性和支配性不是物理学家的特权，而是现代世界强加在他们肩上的不可能承受的重担。我建议，我们应该对宇宙的构成抱有更多元、更细微的理解，这种理解不仅接受其他实践、学科和现实对其当前困境的批评，还欢迎这种批评。

我曾是一名充满抱负的理论物理学家，后来又成为一名研究基础物理实践的社会学家，在物理学领域度过的时光让我不禁思考，关于统一性和终结性的论述在多大程度上继续为不断传播这些论述的群体服务。更进一步说，在多大程度上，为了更真实地理解存在、现实和宇宙的构成，物理学需要放弃作为现实主要传播者的角色？

在伦敦市中心的一个雨天，我坐下来采访了一位天体粒子物理学教授。当时，我已经观察了他研究小组的每周例会一年多了：这是一项合作的一部分，旨在构建一个大型实验来探测暗物质。

在采访中，我注意到了一些之前从未注意过的事情。我注意到，在小组会议中，人们经常讨论实验模型和数据处理等技术问题，但除此之外，我意识到人们还感到焦虑，不仅是在这个小组中，在更广泛的粒子-暗物质领域和基础物理学领域也是如此。

这种焦虑源于人们意识到，他们从事这项工作已经很长时间了，并开始怀疑他们的工作成果。正如教授告诉我的那样：“我们规模越来越大，设备越来越先进。但也许这一切都毫无意义。”在采访中，他反复谈到如果自己是初学者会做哪些不同的事情，谈到在这些实验上花费的资金，以及他对那些被招募来参与这项工作的早期职业研究人员的责任感。显然，这既是职业问题，也是个人问题。

我加入暗物质研究小组的历程始于几年前。我毕业于天体物理学和应用数学专业，希望研究最基本的现实，因此考虑过接受理论宇宙学博士研究项目。然而，当我被要求从那些几乎没有观测验证希望的投机项目中做出选择时，我失望地离开了这一领域，意识到我无法在那里找到对现实的更深入理解。

这就像了解沙丘的一切……却不知道一粒沙子是由什么组成的。

相反，我被社会学所吸引，它让我洞察看似更真实的世界——日常世界——并有机会探索那些被当作不可量化、混乱和主观的现象。自然科学主要致力于将不熟悉的事物变得熟悉，而批判性人文科学则往往从相反的方向出发——将熟悉的事物变得不熟悉。他们的目标是质疑那些理所当然的事情，并研究特定的言论、知识甚至现实是如何在政治上被利用的。

最终，我的研究将我带回了宇宙学。我想了解宇宙如何成为地球以外世界的代名词，并被认为是物理学的专属领域。因此，我决定与研究暗物质和其他宇宙学问题的物理学家一起进行民族志研究。

如果让物理学家列举基础物理和宇宙学领域悬而未决的重大问题，那么暗物质问题很可能位列其中。据推测，暗物质占宇宙中所有物质的85%以上，但人们尚未发现它的存在。正如天体物理学家普里亚姆瓦达·纳塔拉詹2019年在伦敦皇家艺术学院的演讲中简洁明了地解释的那样：

我们可以精确地绘制出暗物质的空间分布图，并告诉您暗物质的位置……以及它的作用……但我们不知道它是什么。这就像了解沙丘的一切：它们是如何形成的，如何重塑……但我们不知道一粒沙子是由什么组成的。

这就是为什么在过去的四十年里，粒子物理学家们建造了多个探测器，希望找到这些“沙粒”。他们计划建造更多的探测器，每一代都比前一代更大、更灵敏。然而，最近人们开始感到不安。尽管投入了大量时间和金钱，但那些一度被寄予厚望的暗物质候选者却未能经受住考验。一些物理学家甚至开始怀疑他们是否真的能找到暗物质。事实上，另一位受访者在职业生涯中一直致力于寻找暗物质，但他甚至认为暗物质并不存在，至少不是以他们所理解的方式存在。

即使这些担忧似乎不会立即困扰其他暗物质研究人员，但能够“精确绘制”暗物质空间分布图并告诉我们“它有何作用”的宇宙学家和天体物理学家们，也足以引起警觉。正如一位宇宙学教授告诉我的那样：“这一切都是暂时的，如果你连这种粒子是否存在都不确定，那么整个研究工作都会笼罩在问号中。”

我发现，就像暗物质问题一样，基础物理学目前面临的困境，不仅仅是因为从业者尚未发现更深层次的现实，更因为人们对他们寄予厚望。物理学看似拥有最深层次的现实，但支撑这一观点的，与其说是该领域的实证结果，不如说是神话和故事。

事实真相是，根据其高标准，基础物理研究已经进入停滞期。少数能够摆脱实践严格要求束缚的物理学家认为，物理学正处在十字路口，误入歧途，甚至面临危机。正如所有这些作者所言，基础物理学家似乎越来越缺乏想法，最新的实验充其量只能验证旧的理论。

宇宙学领域就是其中之一。如果仅从普及程度来看，大爆炸宇宙学故事似乎已经基本完成。例如，许多宇宙学家将谈论“精确宇宙学”时代，在这个时代，唯一剩下的工作就是为已经基本解决的宇宙添加细节。尽管如此，许多标准宇宙学模型仍然是理论上的推测。

暗物质并不是唯一的问题。例如，暗能量最初被提出时，人们呼吁精确宇宙学，但除了一个数学术语，它尚未被证明是物理学家根据观察平衡方程式所需的。宇宙膨胀理论认为早期宇宙加速膨胀，但由于其“过于方便”的性质，它仍然是一个有争议的问题。

事实上，仔细研究宇宙学的众多主张会发现，宇宙远未得到充分解释，而只是由各种猜测勉强拼凑而成，它更像是一系列实体的集合，就像暗物质一样，看似言之有理，却始终无法得到证实。正如宇宙学家佩德罗·费雷拉所言，进一步实验“很有可能”只能“更精确地说明我们的无知，却无法得出更多结论”。

这在其他基础物理领域也有体现。在2012年，高能物理领域发现了希格斯玻色子，这是长达数十年研究计划取得的最高成就，成功证实了粒子物理标准模型的预测，该模型是描述物质微观结构的框架。然而，物理学家们一直认为标准模型只是一个临时解决方案，是通向更完整的“万物理论”的垫脚石，该理论将把重力纳入其解释中，并成功解释各种规模的物理现象。因此，人们容忍了该模型的缺陷和更方便的特性。

然而，随着时间的流逝，这些缺陷仍然存在。耗资数十亿美元的大型强子对撞机（LHC）并未显示出理论家的扩展或替代方案有任何实际意义，只是投机性的放纵。对此，一些人呼吁建造更大的对撞机，例如拟议的未来环形对撞机（FCC），以期一窥他们坚信的标准模型之外的物理学，预计成本为170亿美元。

除此之外，还有关于大爆炸前物理学和多元宇宙的更多猜测，以及弦理论学家提出的理论内部一致性可能比经验验证更重要。这些理论可能会带来所谓的“后经验物理学”。除非情况有所改变，否则要么意味着放弃基础物理学，要么意味着物理学领域越来越脱离经验验证。简而言之，这可能会导致世界失去对宇宙的认识。

那些指出这种停滞不前的物理学家倾向于开出更多的物理处方，尽管物理学的做法有所不同。但没有人会认为答案可能根本不在物理学中。相反，我建议我们重新审视如何看待和谈论基础物理学。虽然统一性和终结性可能对学科很重要，但这些概念反映的宇宙与其说是真实的宇宙，不如说是我们期望发现的宇宙。从这幅图来看，解决物理学当前困境的良方可能不是更多的物理学，而是更少的物理学。

“终极理论”的梦想长久以来激励着物理学家。理论物理学似乎即将实现这一梦想，但永远无法触及，它试图将量子理论和广义相对论这两大最成功的理论融合到“万物理论”中。人们希望，有时甚至假设，这种理论在更完整的愿景中，还将寻求在其解释中涵盖所有其他形式的知识。

即使如今明确呼吁实现后一种雄心壮志已经不太流行，但关于统一性和终结性的论述仍在该学科中持续存在。事实上，这种假设经常被融入实践本身。例如，1993年，天体物理学家爱德华·W·科尔布表示：

宇宙学的工作是提供一个画布，让其他科学领域……将各自的线索编织到我们对宇宙的理解中。宇宙学是研究宇宙中最大事物的学科，粒子物理学则是研究最小事物的学科，两者之间的相互作用最能说明科学固有的统一性。

人们认为这种统一性是科学所固有的，而物理学通常处于这种统一性的最顶端。这种假定的权威性无处不在，以至于一些顶尖物理学家认为宗教和哲学已经过时。例如，斯蒂芬·霍金在他死后出版的《对重大问题的简短回答》（2018）一书中断言，宇宙物理学已经“排除了造物主存在的可能性”。由于这种论调，人们普遍认为，仅凭物理学就能也应该解开宇宙的“秘密”。

为了理解我们为什么容易将物理世界与我们独特而最基本的现实混为一谈，让我们回到我们一开始讨论的话题，即大众物理书籍所反映的主题。这些书籍想要传达的观点非常明确：有一种现实隐藏在我们的感官之外，它比所有其他现实都更基础，而理解这种现实仍然是物理学家的专业职责。

如果有机会，以一本平装书为代价，也可以与潜在读者分享这一现实。我们应该质疑这些书及其叙述所起的作用，当它们被组合在一起并不断重复时，不仅面向非专业人士，而且面向物理学家本身。

我们犯了一个错误，认为世界可以被物理学所质疑，宇宙从根本上是物理的。

正如理论物理学家卡罗·罗维利在《现实并非表面所见》（2014）的序言中所言：“我们对世界的了解越多，就越会被它的多样性、美丽和简单所震撼。”在序言的后面部分，他引用了柏拉图洞穴寓言中耳熟能详的版本，以支持物理学家对真理的追求，以及超越复杂表象、探索简单现实的探索。罗维利指出，我们“都身处洞穴深处，被无知和偏见束缚”，他认为，科学能够“揭示现实的新领域，构建新颖且更有效的世界图像”，从而带领我们走出困境。

正如社会学家布鲁诺·拉图尔在《自然政治学》（1999）中所言，洞穴寓言是一个耳熟能详的故事，揭示了西方科学思想的一个显著特征：将世界一分为二。一方面，主观世界充满困惑，罗维利称之为“偏见”和“无知”——这些属性可以被描述为社会世界。另一方面，自然世界是客观而原始的，不受人类干扰。

物理学家可以声称自己扮演着一个似乎只属于他们的角色，即摆脱拉图尔所描述的“社会世界的暴政……以便最终能够思考客观世界”。在这个角色中，物理学家拥有特殊的权威，以及在这种世界之间来回穿梭的独特能力，并向不完美的人类讲述“真实的”现实。

哲学家和数学家阿尔弗雷德·诺思·怀特海德在20世纪20年代将这种本质属性（物质、形式、形状和实质）与次要属性（颜色、声音、味道、情感、思想等）之间的区分称为“自然的二分法”。正是由于他所谓的“错置具体性的谬误”，即“将抽象与具体混淆的错误”，我们才将抽象的世界——物理学所描述的世界——视为更真实的世界，并认为它是后者的起源和原因。

我们生活在一个似乎更重视物质、物理和客观现实的时代，而轻视那些被认为非物质、精神性和主观性的东西，这应该不会令我们感到惊讶。事实往往并非如此。事实上，怀特海认为，这种分歧是偶然的，与我们构建现实的方式密切相关。在物理学取得诸多成就的同时，我们却错误地认为，既然世界可以用物理学来解释，那么宇宙就一定是物理性的。

那么，我们如何认真对待差异的可能性？我们如何设想一个以不同方式构成的世界，而又不愚蠢地放弃物理学带给我们的许多见解？回答这些问题需要我们面对心理学家和哲学家威廉·詹姆斯在《实用主义》（1907）中提出的“所有哲学问题中最核心的问题”：一与多。

与人们普遍认为世界不可分割的常识相反，詹姆斯指出，世界既是一个整体，又是由许多部分组成的，只有从这种角度去认识世界，才能更好地理解它。

詹姆斯提出的观点既简单又激进，与许多哲学和科学研究的观点背道而驰。经过思考，似乎没有任何证据支持世界整体或终极统一的假设，经验似乎也无法证实绝对分裂的概念。正如詹姆斯在《多元宇宙》（1909）中所言，他发现“没有充分的理由怀疑存在任何比我们有限生命所游历的分布、串联和流动的现实更高级别的现实”。然而，许多形式的探索的目的往往是为了辨别一个固定且唯一的现实，或其中的一些方面。

“多元宇宙”要求我们接受，我们可以通过许多方式来认识世界并存在于其中

因此，詹姆斯的回答是，多元宇宙或“多元宇宙”的存在，其中世界的统一性和多样性不是世界的特征，而是世界的未来。多元宇宙首先是一个正在形成的世界。它永远没有完成，对它的统一性和分裂性的答案仍然未知，需要不断进行实证研究。

为了将这个想法发挥到极致，它要求我们接受这样一个事实：我们可以通过多种方式来认识世界并置身其中，并且认真对待其他知识、实践和文化所提出的现实，将其视为现实。然而，“认真对待”不仅仅是自由宽容的行为。正如科学哲学家伊莎贝尔·斯滕格斯在2003年所说：“道德测试可能……从设身处地考虑他人必须容忍你的角度开始。”

这并不是说应该有一个囊括所有多样性的世界。认真对待”也不是天真的相对主义行为，即在不批判性地研究不同现实如何相互交叉、重叠和可能相互矛盾的情况下，期待它们平等共存。挑战比上述两种情况都要艰巨得多：它要求我们允许这些现实深刻地困扰自己。

我认为我们必须认真对待其他世界存在的可能性。我指的不是人们熟悉的多元宇宙猜想，也不是物理学为应对宇宙的不确定性而提出的“多世界”假设。而是认真对待那些物理学和现代现实主义所否定的世界。也就是说，在这些世界中，原住居民眼中的地球是真实的，东方人的鬼魂会得到照顾，而上帝会回应与他对话的福音派信徒。

这也意味着人们开始重新公开质疑物理学的主张。过去，物理学家和哲学家曾就时间的本质以及物理学在多大程度上能够代表现实进行过激烈的公开辩论，而如今，物理学和哲学之间的公开辩论却很少认真进行。相反，当类似问题在哲学期刊上辩论时，它们大多会屈服于物理学的主张。

毫无疑问，基础物理学取得了巨大成就。此外，其推测性赌注可能随着时间的推移而得到回报。然而，这种赌注使该领域变得模糊不清，如果它达不到自己的高期望，那么应该在哪里寻找替代方案，而那些被认为最接近现实的从业者却离现实最远。

对此，我们需要一种谦逊的物理学，它不亚于大胆的推测，但允许提出与其观点相悖的观点，而不仅仅是服从于物理学主张的观点。这样，我们就会拥有一种更具冒险精神的物理学，它接受并邀请其他实践和学科对其当前困境提出批评。

更实际地说，它允许物理学与其他实践相结合。生物物理学和气候物理学就是很好的例子。与宇宙学和基础物理学不同，它们不以一个领域优于另一个领域为前提，而是了解各自的局限性、应用领域的各自特点和局限性。

但我们还可以走得更远，从纯粹的物理主义出发，接纳那些被斥为幻想、故事或“非物质”的模式，让物理学重新参与其他辩论、愿景和现实构型。这可能需要我们放弃物理学作为科学标杆的特权地位，就像我们对待古代哲学家和高级牧师一样，因为物理学拥有比其他学科更深入、更根本的现实。

甚至可能需要我们完全放弃物理学，以实现一个不仅接受而且鼓励差异和更多可能性的扩展现实。或者，正如科幻小说家厄休拉·勒奎恩所说，我们需要的是“更广阔现实的现实主义者”。

作者

阿德里安·德·苏特在伦敦大学金史密斯学院获得了社会学博士学位，目前是德国马克斯·普朗克科学史研究所的访问学者。作为一名跨学科研究员，他专注于科学技术研究以及科学史和科学哲学，研究重点是基础物理研究的哲学、社会学和政治学意义。

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