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1700945530 相反,我想不出有哪位主流弦理论家提出过量子理论或时间本性的原创性思想。弦理论家往往以轻蔑的姿态来回应这些批评,大概会说这些问题都解决了。他们偶尔也承认问题是严肃的,但马上会接着声明现在还不是解决它们的时候。常听人说,我们应该继续紧跟弦理论的发展,因为弦理论是正确的,一定会包含那些问题的解答。
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1700945532 我绝不反对人们像工匠那样做科学,他们的工作需要坚实的技术做基础。正因为这样,常规科学才那么有力量。但指望能在现有理论之内通过解决技术问题来解决基础问题,简直是痴人说梦。假如真是那样就好了——当然,我们就会少想一点儿,即使对感到被迫那么做的人来说,思考真的很难。但深层的长久的问题从来不会靠偶然来解决,只有一心想着它们、决心直接攻克它们的人,才可能解决它们。这些人就是预言家,也因为这一点,科学机构欢迎他们而不是排斥他们,才显得那么重要。
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1700945534 科学从来就不是为了方便预言家而组织起来的;爱因斯坦的求职经历绝非个别例子。但在100年前,科学院还不那么专业,训练有素的外人也随处可见。这是19世纪的传奇,那时多数做科学的人都是狂热的业余爱好者,他们要么很富有,不需要做工挣钱,要么相信自己能找到赞助人。
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1700945536 那很好啊,你可能会说。但谁是预言家呢?他们本就是特立独行的人,把科学当生命,即使不能靠它生存也要做。尽管我们的专业研究机构对他们不好,仍然会有那么几个人。他们是准呢?他们打算做什么来解决那些大问题呢?
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1700945538 他们躲在我们视野之外。看他们对我们多数人相信的假定的拒绝,就可以发现他们的存在。让我来向大家引见几位吧。
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1700945540 要说狭义相对论是错的,我有很多疑惑。如果它错了,那么存在一种特殊的静止状态,能最终测定其方向和速度。但我们周围有少数理论家却不觉得有什么疑惑。雅各布森(Ted Jacobson)是我的朋友,与我合写过一篇圈量子引力的量子力学的论文。我们还一起发现了著名的惠勒-德维特方程的第一组精确解。149但正当圈量子引力汹涌向前时,雅各布森却悲观了。他认为圈量子引力不会成功,还认为它不够深刻。经过再三考虑,他开始怀疑相对性原理本身,相信有可能存在一个特殊的静止状态。他花了多年时间来发展这个思想。在第十三章和第十四章,我说过如果狭义相对论是错的,会很快有实验告诉我们结果。雅各布森和他在马里兰大学的学生就代表着一帮寻求狭义相对论实验检验的人。
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1700945542 另一个怀疑整个相对论框架的预言家是宇宙学家马盖若(见第十四章)。他别无选择,因为他发现并喜欢上了自己的一个似乎与相对论矛盾的思想——即光速在宇宙早期可能要快得多。他关于这个思想写的论文看起来很和谐——如果不假定要抛弃或至少修正相对论原理,它们当然也就没有什么意思了。
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1700945544 还有一个狂野的家伙,一个卓有成就的物理学家,是做固体物理学的,为解释材料的行为创造过辉煌的业绩。我说的是劳克林,1998年因为“发现新的具有很少荷电激发态的量子流体”的贡献获诺贝尔物理学奖,还有莫斯科朗道理论物理研究所的沃洛维克,他解释了一些极冷液氦的行为,还有MIT的文小刚。这些人既是工艺师也是预言家。他们在最近几十年做了最好、影响最大的常规科学,然后又将手伸向量子引力的深层问题。他们的出发点是认为相对论原理错了,只不过是一种近似的突现现象。粒子物理学家贝约肯是另一个工艺师与预言家的复合体。我们如今知道质子和中微子包含着夸克,那主要就是靠他的洞察力。
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1700945546 有个大预言家叫涅尔森,来自玻尔研究所。他构建过弦理论,也有过很多大发现。但多年来他离开了主流,去宣扬他所谓的随机动力学。他相信,关于基本定律我们顶多只能假定它们都是随机的。我们认为本质上正确的每一件事情,如相对论和量子力学原理,在他看来都不过是从基础理论突现出来的偶然事件,而那基础理论远远超越了我们的想象,同样可以假定它的定律都是随机的。他的模型是热力学定律,我们过去认为那些定律是以原理为基础的,但现在我们将其理解为大量随机运动的原子的最可能的行为方式。这也许不对,但涅尔森在他的反统一纲领中已经走得很远了。
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1700945548 弦理论家中就没有多少人能像前面几位先生那样对科学有过持久的贡献。那么,当那些杰出的物理学家一再警告我们也许在做着错误的假定时,弦理论家——在这个问题上,或许也包括圈理论家——是如何回应的呢?我们才不管他们呢。是的,坦白地说,有时他们刚走出大门,我们就在背后嘲笑他们。虽然你做出了诺贝尔奖水平的物理,甚至已经得了奖,但如果你要质疑大家坚持的像狭义和广义相对论那样的假定,我们也是不会容忍的。我非常吃惊地听劳克林说起,他在系里和资助单位受到了很大的压力,人家要他做他原来的常规科学,而不愿他浪费时间做关于时间、空间和引力的新思想。像他那样卓有成就而且头顶诺贝尔桂冠的人都不能发展自己的深刻思想,还谈什么学术自由呢?
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1700945550 幸运的是,我们很快就会知道狭义相对论是否正确。我的多数朋友都希望实验观测能证明那些大人先生们都是傻瓜。我希望想打破偶像的人是错的,狭义相对论能经得住考验。但我也老是担心也许错的是我们,而他们才是对的。
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1700945552 相对论的质疑就谈这些。如果量子论错了,情况又如何呢?这是整个量子引力计划的软肋。如果量子论错了,拿它来结合引力就纯粹是浪费时间。有人考虑过这个问题吗?
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1700945554 有的,其中一个就是特胡夫特。还在乌得勒支做研究生时,特胡夫特就和一个年长的合作者一起证明了量子的杨-米尔斯理论是合理的,这个发现使整个标准模型成为可能,他的这些成就当然赢得诺贝尔奖。那是他众多关于标准模型的基本发现之一。但最近10年他成了基础问题的最大胆的思想家。他的主要观点是所谓的全息原理。在他的构想里,没有空间。发生在我们常想象为空间的某个区域里的每个事件,都可以表示为发生在包围那个空间的曲面上。而且,描述那个边界世界的理论不是量子论,而是某个他相信能取代量子论的确定性理论。
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1700945556 就在特胡夫特构想他的原理之前,克兰在量子引力的背景独立方法的前提下提出了类似的思想。他提出,将量子论用于宇宙的正确方法不是将整个宇宙放进量子体系。霍金、哈特尔(James Hartle)等人尝试过那种方法,但遇到了严峻的问题。克兰反过来认为,量子理论不是一个系统的静态描述,而是一种信息的记录——它记录的是宇宙的一个子系统通过相互作用而获得的关于其他子系统的信息。接着他提出,将宇宙一分为二的每一种方式,都联系着一个量子力学的描述。这些量子态不是存在于这个或那个区域,而是存在于它们之间的边界。150
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1700945558 克兰的大胆建议从此成长为一类量子论方法,叫关系量子论,因为它们所依赖的思想认为量子力学是宇宙子系统之间的关系的描述。罗维里发展了这个思想,他证明它与我们通常的量子理论做法是完全一致的。在量子引力的背景下,它引出了一种新的量子宇宙方法,是由马科普洛和她的合作者提出的。马科普洛强调,描述不同子系统之间的信息交换就等于描述决定一个系统影响另一个系统的因果结构。这样,她发现宇宙可以描述为一台能动态生成逻辑的量子计算机。151宇宙是量子计算机的思想也曾由MIT的劳埃德(Seth Lloyd)提出过,他是量子计算领域的蓝图设计者之一。152马科普洛和劳埃德从各自学科的两方面出发,发起了一场运动,用量子信息理论的思想来重构宇宙的概念,使我们认识了基本粒子是如何从量子时空突现出来的。
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1700945560 特胡夫特用边界来代表世界的思想,应该令我们想起马尔德希纳的猜想。其实,特胡夫特的思想正是马尔德希纳的灵感来源之一,还有人认为全息原理将成为弦论的一个基本原理。仅凭这一点,特胡夫特就很容易成为弦理论群体的领导者,假如他对这个角色感兴趣的话。但在20世纪80年代,特胡夫特开始走自己的路了。那时正当他的黄金年华,而且在技术上也没有人比他更强。不过,他脱离主流时,还是遭到了他的粒子物理学伙伴们的嘲笑。他似乎并不介意,甚至毫无察觉,但我相信那深深刺痛了他。不管怎么说,他几乎怀疑一切,独闯了一条自己的基础物理学道路。他几十年来形成的核心信念是,量子物理学是错误的。
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1700945562 没有谁比特胡夫特更认真和真诚的了。我们量子引力领域的人喜欢他的一点就是,到处能看到他的影子。他参加过我们的很多会,但他从来不在大厅里和其他大人物一起谈政治。他喜欢到每个分会场去,而一般只有年轻学生才会那样。每天他一大早就来到会场,穿着一尘不染的套装(其他人一般都穿牛仔裤和T恤衫),整天坐在前排,倾听每个学生和博士后的报告。他并不常发表评论,甚至偶尔还会打一两分钟瞌睡,但他对每个同行所表现的尊重,令人难忘。轮到他讲话时,他站起来,一点儿也不做作地讲他的思想和结论。他知道他独自走着一条路,如果他抱怨,我也不会惊奇。一个人怎么会放弃他应得的领导权杖呢?就因为他弄不清量子力学的意义吗?想想那到底说明了怎样的个性。
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1700945564 还有一个彭罗斯。简单地说,对我们理解和运用广义相对论,除了爱因斯坦而外,没有人比彭罗斯的贡献更多了。在我认识的不同领域的人物中,他是四五个最具天才和深刻原创力的思想家之一。他做过大数学和大物理。和特胡夫特一样,他在最近20年的许多工作也是基于他相信量子力学是错误的。他也和特胡夫特一样在构想取代它的东西。
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1700945566 多年来,彭罗斯一直强调,把引力纳入量子论将使它成为非线性的。这样就解决了测量问题,即量子引力效应导致量子态发生动力学坍缩。彭罗斯的建议在他的著作里有很好的描述,尽管还没有形成一个详尽的理论。不过,他和一些人已经在用它们来预言一些可以完成的实验,其中有的实验正在进行中。
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1700945568 我们有几个人认真研究了彭罗斯的论证,更有少数的人相信它们是对的。但多数弦理论家——当然都是些引领潮流的弦理论家——似乎根本没听进去。即使像这样的大思想家,当他们质疑基本假定时都遭人白眼,你就可以想象没有首先做出过重大贡献的预言家会有怎样的遭遇。153
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1700945570 如果当世的几个最优秀的理论物理学家觉得需要质疑相对论和量子论的基本假定,那么一定会有人从一开始就站在他们的立场。确实有些人在研究之初就在考虑量子论一定是错的。他们学会了它,和别人一样能运用它的论证和计算;但他们不相信它。为什么呢?
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1700945572 这样的人大概有两类:真的和假的。我属于那种从来不相信量子力学的人,但我也是假的。就是说,我在上学的时候就明白了,如果我一心想明白量子力学,那么我就不会有一个好的理论物理学家的前程。所以我决定做主流能理解和欣赏的东西,这样我就能找正常的工作了。
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1700945574 幸运的是,我找到了一个方法,可以通过做像量子引力那样的主流工作来考察我对基础问题的怀疑。因为我一开始就不相信量子力学,所以很清楚我的努力注定会失败,但我希望能从失败中找到线索,看什么东西可以取代量子理论。如果早几年,我在量子引力的经历恐怕会和我在量子理论的经历一样倒霉。然而,当我读研究生时,有了一个好机会,就是用最近发展起来的研究标准模型的方法来解决量子引力问题。所以,我可以假装做一个常规科学的物理学家,像粒子物理学家一样训练。接着我将我学的东西用于量子引力。因为我是最先尝试这个方法的人之一,用的方法又是引领潮流的人所理解的,于是事业才有可能一帆风顺,当然还说不上如日中天。
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1700945576 但我绝不能完全压抑自己的本能,探索我的学科基础。我在1982年写过一篇题为“论量子与热涨落之间的关系”的文章,现在看它,简直不敢相信我有那么大的胆量。154我提出了一个新问题:如何将空间、时间和量子协调起来?这个问题开辟了一条全新的解决路线。即使今天我已经写过很多有影响的论文,还认为那篇是我最好的作品。偶尔我会遇到追溯学科基础的同学或在主流外徜徉多年的孤独者,他们会说,“呀,你就是那个斯莫林啊!我从没想到会见到你。我原以为你一定早死了,或者离开物理学了。”现在我终于和圆周研究所的同行们回到了原来的工作,研究量子力学的基础。
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1700945578 那么真正的怀疑者又如何呢?他们不相信相对论和量子论的基础假定,而且绝不改变自己的倾向。他们是一群特殊的人,每个人都有故事。
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