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许多喜欢科学的人都知道巴伯(Julian Barbour)是《时间终结》的作者,他在那本书中说时间是错觉。155他是一个与众不同的物理学家,自1968年获科隆大学博士学位以来就没有找一个研究工作。但他在认真思考量子引力的小人群中影响很大,正是他教导我们那意味着需要一个背景独立的理论。
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巴伯告诉我们,他在读研究生时,在一次登山旅行的路上,他突然想起时间也许是一种错觉。于是他开始考察我们包含在广义相对论里的时间认识的根源。他意识到他疑虑时间本性就做不了传统的学术研究,他也明白如果他要继续研究那个问题,就必须全心投入,而不能受常规物理学的压力的干扰。所以他在距离牛津一个小时的小村庄买了一所旧农舍,还把新婚妻子带来,安心思考时间问题。大约10年后他才向他的同事们报告他的结果。在那期间,他和妻子生了四个小孩,靠他做翻译的钟点工抚育他们。他一周用来翻译的时间不到20个小时,于是有很多时间思考;这一点和学术机构的多数科学家一样,他们除了教书和行政事务外,也只有那么多时间来思考。
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为了与广义相对论的时间意义发生联系,巴伯钻进了那门学科,回溯物理学和哲学的历史。最后他构想出一种新理论,其中的空间和时间只是一个关系系统。他关于这个主题的论文慢慢开始受到关注,最终成为量子引力群体的荣誉一员。他将爱因斯坦的广义相对论重新解释为一个关系理论,这也正是我们领域的人现在所理解的方式。
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这还不是巴伯的全部工作,但已足以说明一个成功预言家的经历与传统的专业科学家有多么大的不同。这样的人不赶潮流——其实他们大概对学科还没有足够的认识,根本不知道它的潮流是什么。这样的人,他们的动力不是别的,就是以前形成的信念,确信别人遗失了某个关键的东西。他们的方法更有学术性,因为他们只有通读了困扰他们的问题的整个历史,才可能想清楚。他们的工作是高度专一的,不过需要很长的时间才能得到一点结果。不管什么结果都无助于他们的职业生涯。巴伯成熟了,比多数职业科学家更多地改变了科学;但当多数物理学家在谋求终身职位的时候,他却没有一样可以炫耀的东西。
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巴伯的经历很像其他的预言家,如达尔文,他也是躲到英国乡间去找间屋子思考困扰他的问题。爱因斯坦花了10年的时间孕育狭义相对论的思想。于是,预言家要发现未经检验的假定,所需要的只是思考的时间和自由。剩下的就看他们自己了。
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另一个例子是芬克尔斯坦(David Finkelstein),乔治技术研究所的荣誉退休教授,一生都在追求自然的逻辑。他做物理的方式与众不同。我们第一次见面时,他告诉我他一生的工作就是追求理解,“上帝是如何构想出这个世界的?”除此而外他什么也不做。我们每次见面时他都有新的认识。这条路线也引出一些副产品。他是第一个认识黑洞事件视界的人。156他第一个发现了固体物理学的所谓拓扑守恒律的重要特征,也第一个研究了一系列不同的数学结构——如量子群。一个预言家在自己追求真理的道路上能有多大的成绩,他的一生树立了一个榜样。虽然芬克尔斯坦有职业,但如果一个人只听从学术圈内的声音而忽略外面的一切,还能像他那样在那个年代获得名牌大学的教授职位吗?做梦去吧。
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还有一个故事,更像是巴伯了。瓦伦提尼(Antony Valentini)从剑桥大学毕业(和巴伯一样),然后在欧洲漫游了几年,最后在意大利的里雅斯特定居下来,师从席艾马(Dennis Sciama)——他在剑桥曾是霍金、彭罗斯、里斯(Martin Rees)、艾利斯(George Ellis)等大相对论专家和宇宙学家的老师。后来,席艾马移居的里雅斯特,在意大利一家新建的研究机构SISSA(国际高等研究院)成立了天体物理学小组。瓦伦提尼是席艾马的最后一个学生,并不做天体物理,而是做量子理论,他强烈感到量子论没有意义。他研究了德布罗意在20世纪20年代最早提出的一个老思想,叫隐变量理论。根据这个理论,量子论的方程背后存在着一个实在。隐变量的思想被压制了很多年——部分是因为冯诺伊曼在1932年发表了一个错误的证明,说那种理论不可能存在。50年代,量子理论家玻姆终于发现了那个错误,复活了德布罗意的理论。瓦伦提尼对隐变量理论做了新的重要修正,是那个理论在几十年来的第一次进步。他关于这个问题的多数论文都被物理学杂志拒绝了,但其内容如今在研究量子力学基础的专家圈子里广为流传。
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席艾马尽可能地鼓励和帮助瓦伦提尼,但不论在意大利还是在英语世界,都没有为专心做基础问题的人留下位置。席艾马劝他,如果不能在杂志上发表他越来越多的结果,可以写一本书出来。瓦伦提尼没找到工作,到了罗马,终于在罗马大学得到一个博士后的位置。离开学校后,他又在罗马呆了6年多,爱上了那座城市和那儿的一个人。他靠做家教谋生,同时发展自己的理论,将结果写成书。157
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虽然许多一流的物理学家私下承认自己对量子力学的忧虑,但他们在公开场合却说它的问题早在20世纪20年代就解决了。后来有多少人做基础研究,没有专门的报告;但我知道,至少从50年代起,一流杂志发表这方面的论文就很挑剔了,还有几家杂志公开宣称不接受这类文章。资助机构和主要的政府基金一般都不支持这种研究,158大学物理系也不聘用做那种研究的人。
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人们的普遍反对,部分是因为科学在40年代从革命转向了常规。正如政治斗争一样,为了巩固革命果实,必然会镇压反叛者。早年有几个相互竞争的诠释量子理论的思想。到40年代,其中的一个胜利了。为了捍卫玻尔的领导地位,人们称它为哥本哈根诠释。玻尔和他的追随者为了解决争论费了很大气力,我听说还动用了政治力量,这一点儿也不奇怪,因为他们卷入了核武器的研制,当然应该是胜利者。但即使不关心意识形态而只想安心做常规科学的人,也想把学科的争议平息下来。从实验和实践方面说,量子理论取得了伟大的成功,靠它进步的人不想被别人没完没了的怀疑所困扰,他们才不担心理论的建立和解释是否存在更深层的问题呢。现在是稳步向前的时候了。
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坚定的怀疑者们几乎没有多少选择。有人学着哲学家的作风,在哲学杂志上发表长篇大论。他们形成了一个小小的文化圈,至少使争论延续了下来。几个有数学天赋的人在数学系找到了工作,发表正式的严格论证的、不同于量子力学共识的观点。有的人——学科内最优秀的人——在不知名的大学里做教授,在那些学校,用不着自己去找研究资助。还有几个人做了其他领域的物理,偶尔像业余爱好者那样做量子力学。
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在这些“业余爱好者”中,有个叫贝尔(John Stewart Bell)的,在60年代初发现了隐变量理论的一个关键定理。他靠粒子物理学的成就奠定了自己的学术生涯,但在他去世多年后的今天,人们才发现他最重要的贡献在于量子理论的研究。据说贝尔说过,一个人应该做常规科学,而只用十分之一的时间来关心量子理论。这句格言流传时,我在圆周研究所的同事哈代(Lucian Hardy)常常在想,如果贝尔在他影响最大的领域里多花点儿时间——当然,除非他想丢掉自己的饭碗——他的贡献该有多大呀。
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量子力学基础的研究在这段时期几乎没有什么进展,也就不足为奇了。还能指望别的吗?当然,就凭这一点,即使有少数人取得了进步,也完全可能没工作,没资助,也发表不了文章。
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现在我们知道怀疑者犯了多么大的错误。大约20年前,费曼和少数几个人就意识到,也许我们能以量子现象为基础制造一种新型的计算机。这个建议被长久地忽略了,直到1985年多伊奇(David Deutsch,现在牛津量子计算中心)才提出一个更详细的量子计算机计划。159没有像多伊奇那样的基础问题的思想家;他发愿做量子计算机是因为他对数学和量子理论的基础问题感到不安。想知道他是怎样一个独创和清澈的思想者,可以看看他那本刺激的书《实在的结构》,160他在书中精心编织了他的多世界理论。我一点儿也不赞同他的理论,但我喜欢那本书。
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1994年,MIT的肖尔(Peter Shor,那时是贝尔实验室的计算机科学家)发现一个惊人的结果:足够大的量子计算机可以破解现有的任何密码。161从那以后,经费就滚滚流入量子计算机领域,因为政府是绝不想让它的密码被人破解的。这些钱培养了新一代年轻人,一群聪明的科学家——物理学家、计算家专家和数学家。他们开辟了一个新领域,融合了物理学与计算机科学,形成了重新检验量子力学基础的重要力量。量子计算在一夜间火爆起来,涌现出大量的新思想和结果。有些结果触及了基础的角落,还有些结果是20世纪30年代后的任何时候都可能发现的。这个例子清楚地说明了科学政治对一个学科的压力如何阻止了它几十年的进步。
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1999年,瓦伦提尼在罗马孤独地过了7年后,回到了伦敦的父母家。他们一家是从阿布鲁左的小村庄迁移来的;他们开过一家小商店,想靠它支撑他的工作。我做帝国学院访问教授时,在那儿见过他。和伊沙姆(他是那儿的理论组的头儿)讨论后,我们决定给他一个博士后的位置,把他带回了科学。我们能那么做,是因为我得到了一笔意外的慷慨资助,资助者正好很关心量子力学的基础问题。我觉得钱的最好作用就是用来资助有可能在领域取得新的重要贡献的少数几个人。如果我只有国家基金会(NSF)的资助,就不可能做到这一点。虽然NSF对我的量子引力工作很慷慨,但用那个资助来帮助一个博士后做量子论的基础工作,还是会影响以后的资助。
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现在瓦伦提尼加入了我们的圆周。他还在写隐变量的书,同时也成了量子理论基础领域的头面人物,常去相关主题的会议做特邀报告。他经常发表文章,最近的研究涉及一个大胆的新建议:通过观测来自邻近黑洞的X射线检验量子力学。162他和巴伯一样,在几年孤独的日子里潜心自学,在整个量子理论领域找不出第二个像他那样有深刻洞察力和渊博知识的批评家了。
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我们应该记住,如果巴伯和瓦伦提尼想挣一个普通的研究职位,就不可能有任何成就。如果做一个普通的助手或助理教授,就会为了赢得进阶所必须的邀请和资助而拼命去发表文章、争取荣誉,结果是一事无成。但巴伯和瓦伦提尼硕果累累。他们一直在思想,对一个顽固的问题会比助理教授们想得更深、更专注。当他们经过十年苦想破壁而出时,都会形成一个严谨、独创而成熟的观点,使他们很快产生影响。经过那些年的潜心钻研,他们得到了重要的新发现,树立了自己的权威,成为了关心那些问题的人们的核心。
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在事业之初(甚至以后)忍受长期的孤独,是预言家们的基本经历。有人说格罗藤迪克(Alexader Grothendieck)是目前健在的最能干、最富想象的数学家。他有过最不寻常的经历。他具有重大影响的一些贡献都不曾公开发表,而是以数百页信件的形式寄给了他的朋友们,然后逐渐在能理解它们的小圈子里传播。他的父母为躲避政治迫害和战争而流亡他乡;他是在第二次世界大战后的难民营里长大的。他在巴黎数学界崭露头角时,就像从天上降下来的。短暂风光过后,他在20世纪70年代几乎脱离了科学生涯,至少部分是因为他反对数学为军事服务。1991年,他完全消失了,尽管谣传他在比利牛斯山隐居,但没人知道他究竟在什么地方。显然,他是一个极端的例子。但我们还是可以看到一些优秀的数学家在声名鹊起时表露在脸上的羡慕、惊奇甚至恐惧的表情。下面是他对他一些经历的描述:
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我在那些动荡的年月学会了孤独。[但即使]这个形式也没能真正表达我的意思。不管怎么说我都不想学孤独,理由很简单:这类知识我在童年时就从没忘过。那是我们每个人与生俱来的基本能力。然而,在那孤独的三年[1945~1948]里,我沿着自己摸索出来的路线,靠着自己的能力忘我地工作,这为我带来了强烈的自信(不张扬然而持久),相信自己有能力做好数学,而与形成规则的任何共识无关,也与任何时尚无关……我说这些的意思是,为了把握我想学的东西,要靠自己的方式,而不要靠大大小小的派别——不论我本人所属的派别还是因为任何其他理由自诩为权威的派别——所认同的观念(公开的或默许的)。不管在中学还是大学,那些无声的共识让我明白,我们不该自寻烦恼去担心诸如“体积”之类的名词的真正意思是什么,哪个是“显然不证自明的”、“普遍知道的”、“毫无疑问的”……正是以这种“超脱”的姿态,才能成就自己而不是沦为共识的走卒,才能拒绝困守在别人划定的圈子里——正是在这种卓然不群的行动中才能发现真正的创造力。所有其他事情就是理所当然的了。
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从那时起,我有机会在向我召唤的数学世界里认识很多人,既有我的“长辈”,也有我这个年纪的年轻人,他们都远比我聪明,远比我有“天赋”。我羡慕他们的才能,运用新思想就像玩把戏,仿佛从摇篮里就开始熟悉它们了——而我自己却感觉笨拙甚至痴呆,痛苦地徜徉在崎岖的路上,就像一头笨牛面对一座望不到头的大山——那尽是我决心要学的东西,也是我觉得无法理解其本质的东西,无法追随到底的东西。其实,我本人几乎没有什么特质能算聪明学生,既不能赢得竞赛的名声,也不能轻松消化多数可怕的学问。
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实际上,多数我判断比我聪明的同志都成了著名的数学家。不过,从30年或35年后的观点看,我可以说他们在我们今天的数学留下的印迹还不太深刻。他们都做过很多事情,通常还是很美妙的,不过那些都在他们之前就已经开始了,而他们也没想破坏它们。他们不知不觉地陷入了那些看不见的牢固的小圈子,将特定环境的世界划定在一个给定的区域。想要打破这些界线,他们必须重新发现自身的那种与生俱来的(和我一样的)能力:忍受孤独。163
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2005年,人们常问年轻的爱因斯坦在今天会不会被大学聘用。答案显然是否定的;他在当时就没能进大学做老师。现在我们更加专业化了,聘用一个人要看他在经过高度专业训练的人中间的竞争力。我上面提到的那些人也都不可能被聘用。如果说我们能享有这些人的贡献,那是因为他们凭着自己的慷慨——或者说倔强——坚持不懈地奋斗,而不靠科学家们通常获得的科学世界的支持。
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乍看起来这似乎很容易纠正。这种人不多,也不难识别。很少有科学家思考基础性问题,而能提出重要思想的就更少了。我的朋友考夫曼曾告诉我,不难发现那些有大胆思想的人——他们差不多都至少有几个那样的思想。如果他们在研究生毕业时还没有什么想法,也许就永远不会有了。那么,该如何区分有好想法的预言家与那些正在努力却没有想法的人呢?这也容易,只要问问老一辈的预言家。在圆周所,我们可以毫不困难地发现几个值得关注的年轻人。
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但发现这些人后,就需要将他们与其他做常规科学的人区别对待。他们多数都不关心谁更聪明或谁能更快解决主流的常规科学问题。如果他们要去竞争,即使在一个严格的小圈子里,他们也会失败。如果说他们在和什么人竞争的话,那就是最近的一代革命者,那些人在别人已经不看的旧书和论文里与他们对话。驱动他们的几乎没有什么外在的力量;他们只关注多数科学家视而不见的科学中的矛盾和问题。你等上五年甚至十年后,他们照通常标准也不见得好。但不要惊慌,就让他们自己去想吧。最后,他们会像巴伯和瓦伦提尼那样脱颖而出,证明他们是值得等待的。
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