主题：Sabine Hossenfelder：美将物理学引入歧途 -- 万年看客

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

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首先我要向大家介绍一下我目前研究的领域。笼统来说，我现在研究的是基础物理学。其中又包含若干学科，例如宇宙学与高能粒子，物理学。量子引力学与量子信息学。这些学科所涉及的自然规律无法通过已知的任何其他自然规律推导出来。因为上述领域研究的都是仅仅在最小距离尺度之内生效的自然规律，基于现有知识的时间与空间规律以及二十五种不可再分的基本粒子——至少我们目前并不知道如何继续分裂它们。爱因斯坦的广义相对论描述了时间与空间的表现，对于二十五种基本粒子的描述则共同构成了所谓的粒子物理标准模型。

话说到这里，这个领域最近究竟发生了什么？所有人都在讨论物理学遭遇了危机。《物理学的根基正在遭遇危机》，《超对称与物理学的危机》，《现代物理学的危机》，《物理学是否面临危机？》，《物理学的另一场危机》，《理论物理是否面临危机》——我也不知道啊，看你们说这么多我自己都快信了。那为什么所有人都张口闭口不离危机二字？因为我们刚才提到的理论已经很古老了。广义相对论问世已经超过了一百年，标准模型也是在上世纪七十年代提出来的。从那以后我们为这些理论添加了一些常数。标准模型所涉及的不少粒子也都是在后来才被发现的，例如夸克直到二十世纪九十年代才为人所知。至于希格斯粒子更是直到2012年才被大型强子对撞机揭开真面目。但是支撑这些实验发现的理论可以追溯到七十年代，这些理论的数学架构直到今天依然保持不变。

不过这并不意味着物理学已经万事大吉，因为我们手头还有很多没有答案的问题。最要命的问题在于标准模型与广义相对论不相容。大家可能注意到我在画面上将这两个理论分配在不同的圆圈里，因为标准模型里的粒子都是量子粒子，需要遵循海森堡测不准定理，换句话说这些粒子可以在同一时间位于两个不同的位置。此外这些粒子有质量，意味着它们能够产生引力，而引力恰恰又是爱因斯坦的广义相对论的描述对象。而广义相对论当中完全没有量子不确定性的位置。这样一来人们难免要问，既然粒子可以在同一时间位于两个不同位置，那么引力跑到哪里去了？这是一个很简单的问题，但是我们目前回答不了。要想回答这个问题，我们需要一套量子引力理论，从而描述时间与空间本身的量子特质。下一个问题是暗物质。我们知道宇宙当中充满了暗物质，而且暗物质与我们眼前所有这些物质的构成似乎都不太一样，比方说这种物质不会与光互动。我们还无法直接侦测暗物质，因此我们不确定他们究竟是什么。我们要么假设宇宙中还存在一类新物质，从而解释我们的观察结果，要么承认广义相对论有毛病，需要加以修改。无论走哪条路，我们目前掌握的理论体系必然不可能完整无缺地保存下去。至于其他更加形而上的问题就不用说了，例如宇宙如何诞生，生命的意义是什么，等等。

这些都是非常困难的问题。毋庸置疑，物理学是一门非常成熟的学科，实际上可以说是最古老的科学学科之一。目前简单的问题都已经被我们研究完了，因此学科进步放缓也并不令人意外。另一个因素在于今天物理学从业者要比以往多得多。数据显示今天的物理学从业者的数量相当于一百年前的一百倍。因此物理学进步放缓的问题必须放在百年尺度下加以讨论，这样看来，三四年的暂时受挫并没有什么大不了的。我们目前投入物理研究的人工工时也比以前多得多。反过来说，我其实并不太确定物理学是否真的遭遇了危机。我觉得这个问题没什么用处，更好的问题是：“目前物理学的进步是否已经达到了理应达到的速度？”至少就我所知来说，答案几乎一定是“没有”。我认为物理学家现在搞错了重点，关注了错误的问题。这也就是本次讲座题目的由来——我认为物理学家过于偏爱美丽了。

物理学究竟怎么了？我虽然不是历史学家，但也愿意为大家总结一下之前的情况。四百年前牛顿的时代，美被人视为上帝全能的体现。当时的科学家可以无所顾忌地讨论上帝，他们认为自己的职责是解读自然规律的奥秘。而自然规律则是上帝的杰作。用牛顿的话来说：“这个由太阳、行星、彗星共同构成的最为美丽的体系仅仅可能出自某个智慧存在的手笔。”牛顿绝不是当时唯一一位将自然之美与上帝联系起来的科学家。三百年后的亨利.庞加莱也认为：“科学家研究自然并非因为这样做有用，他研究自然是因为能给他带来愉悦，他之所以感到愉悦是因为自然很美。”换句话说，研究美丽的理论能为科学家带来快感，这也有益于物理学科的发展。接下来还有赫尔曼.外尔，他是数学家，不过当年也为广义相对论作出了贡献。他率先主张美可以作为指导物理学研究的标准：“我的工作历来在于统一真与美，但是当我不得不在两者之间作出选择时，我一般选择美。”保罗.狄拉克对于美的观点相当极端。越是到了他的职业生涯的后期，他的立场就越发明显：“致力于以数学形式表达基本自然定律的研究工作者主要应当追求数学之美。物理学家越是成功，就越发相信他们可以通过类型来理解自然。他们认为自身的美感是寻找物理新定律的可靠指导。”用爱因斯坦的话来说：“我确信，依靠纯粹的数学构建就足以发现将这些构建相互连接的概念与定律。这又为我们理解自然现象提供了钥匙。某种意义上来说，我认为纯粹的思想可以理解现实，就像古人梦想的那样。”当然爱因斯坦说这话多少有点想到哪儿说到哪儿，因为他也曾在其他场合强调过观察的重要性。

关于已故科学家的例子先举到这里，接下来我们举几个在世科学家的例子。徐一鸿是圣芭芭拉大学物理学教授。他曾在二十世纪八十年代写过一本书，主题是物理学当中的对称性。他在书中写道：“我的同事与我都是阿尔伯特.爱因斯坦的智识后裔。我们乐意认为我们同样也在追求美。”还有史蒂芬.温伯格，我在写书的时候专门采访过他。我尤其想问他那个他曾经讲述过许多次的关于繁育赛马的故事。“赛马繁育者观看一匹马，说道：‘好美的马’。尽管他表达的仅仅是审美情绪，但我认为这句评语的意义不止于此。赛马繁育者见过很多马，仅凭相马的经验就知道越美的马越能赢得比赛。”温伯格也基于自己的经验做出了主张，他认为我们可以通过研究成功的物理学理论培养出某种美感，而这种美感可以指导我们找到更新的理论。无疑这正是二十世纪七十年代标准模型发展起来之后人们所采取的研究路线。人们主张对于美的追求在标准模型的创建过程中起到了很大作用，唯一的问题在于这条路线现在已经走不通了。默里.盖尔曼认为：“尤其令人震惊且值得注意的现象在于，在基础物理学当中美丽或者说优雅的理论要比那些不那么优雅的理论更有可能正确。”我认为他这话说的不对。普林斯顿高等研究院主任罗伯特.迪杰格拉夫认为：“一旦你理解了书写宇宙的语言，就会发现这门语言极其优雅、美丽、强大且自然而然，宇宙希望被理解，正是这种冲动驱使着我们所有人去寻找覆盖一切的理论。”据我所知他研究的是弦理论。

我希望大家到现在已经理解了这种思路究竟如何产生。物理学家如此重视美，以至于不仅仅将美当做科学研究的附带福利，而是将其当成了研究自然规律的工具。我们讨论了这么长时间的美，下面我向大家介绍一下我对美的定义。我在写书时发现的令人意外的事实之一在于物理学家大致普遍认可“美丽理论”的含义。接下来我总结一下他们是什么意思。丑话说在前面，我并不打算定义美是什么。只想总结美在理论物理学家眼里是什么。画面上这张鲜花拼盘的照片是我的孩子们做的，拿到学校里兴许还能得个奖。我认为这张照片体现了我们所有人对于美的某种直觉认识。这盘鲜花拼盘的最显著特征就是对称，其中的材料全都来自自然，鲜花的摆放虽然有规律但是并不死板，看似简单但却也不那么简单。我们先来看看简单的标准。简单分为两类。一类是相对简单：假如有两种理论都能解释自然现象。应当采用更简单的那种理论，这是很合理的科学研究标准。但是在基础物理研究当中更常见的标准往往是绝对简单。他们认为简单的理论就是好理论。体现这种思路的最典型做法就是对于大一统理论的研究。在粒子物理标准模型当中有三种力。分别是电磁力、强核力和弱核力。大一统理论认为这三种力从根本上来说源自一种力，而且我们可以在极其高能的条件下重现这种力，尽管直到目前我们还没有观察到三力合一的现象。但是这三种力没有任何理由非得能够统一起来不可，只不过统一成一种力确实更加简单。人们对于万物理论的追寻也体现了这种简单既美的思路。我们希望能找到一项足以描述整个宇宙的理论。

认为自然界的基本构成应当很简单的想法在某种程度上是经验性观点。纵观物理学的发展历史，确实可以观察到不断趋向简化的趋势。但是谁也不能保证这一趋势就只会指向一个方向。确实，我们经常发现复杂的新现象，然后构想出新的理论或者取得更新的发现来解释这一现象，使之重新简单起来。谁也不能保证我们接下来会发现怎样的基本物理定律或者揭开怎样的物理新层次——假设这种新层次确实存在——因此自然也就不能保证这些新定律与新层次一定比之前更加简单。绝对简单的理念还伴随着另一个问题：我们这个世界的简单程度是有限的。我随便一想就能构想出许多非常简单的物理理论。比方说，我可以构想一个不包含任何物质的宇宙，这个宇宙肯定比我们现在这个充满物质的宇宙简单得多。唯一的问题在于这样的宇宙理论无法描述我们的观察结果。任何理论都必须有出发点，而理论不可能比出发点更加简单。

接下来是自然主义。没有经受过理论物理学训练的人们往往觉得自然是理论物理当中最难理解的方面。画面上的照片是我本人拍摄的一块向日葵田地。每一朵向日葵的花盘尺寸都差不多大，没有哪两株向日葵完全相同，但是所有的向日葵都非常相似。我们并不指望看到植株高度达到一英里的向日葵。相近事物的尺度应该相似，这一理念被物理学家粗略地称为自然。说得更准确一些，没有单位的数字——比方说空间维度的数量——应当与一处于同一个数量级。不该比一大太多，也不该比一小太多。假如某个理论仅仅包含这样的参数，我们就称这个理论为自然。按照更严格的说法还存在技术自然，其实是力度更弱的标准：假如某个理论当中包含比一小的参数，只要能够解释这些数字为什么会存在，那么这个理论依然算自然理论。最典型的例子就是对称。对称理论能迫使很多数字维持在比一小的尺度上。在这两种情况下物理学家之所以追求自然理论都是为了避免不太可能正确的参数。假设某个理论里的参数是0.00000000038，那么这个参数就很不自然。这个说法看上去很含糊，这正是问题所在，因为假如你想从数学层面证明包含不自然常数的公式究竟有什么问题，你往往会发现什么问题都没有。每当你讨论某个事物不太可能为真的时候，你必须拿出可能性分布来说明各种不同结果的可能性究竟有多大，而我们目前完全不掌握类似的可能性分布。

主张自然的论点在某些科学领域确实很有用，比方说在研究向日葵的时候我们完全可以说“这株向日葵很自然，那一株向日葵很不自然”。但是在研究基础物理时，我们所讨论的常数全都是自然基本定律的一部分。假如硬要换一套不同的常数，那就等于换一个不同的宇宙。换句话说，可能性分布应该能告诉我们，找到一个不同于我们现在这个宇宙的异世界宇宙的可能性有多大，而这个问题的答案我们永远都不可能知道，更何况这也不是科学应该研究的问题。既然我们无法借助统计学估计来理解宇宙的根本性质，那么自然就只是一项审美标准。在应用这套标准时必须时刻牢记，这只是一项额外假设。

美的第三个也是最一言难尽的方面就是优雅，具体来说我们希望物理理论简单一些，却又不希望它太简单，因为过于简单的理论未免无聊。最理想的理论最好能提出出乎意料的解释，形成全新的链接，提供全新的见解。画面上这张照片的拍摄对象是所谓的流体艺术，具体创作方法是将亚克力颜料与其他化学物质混合在一起在杯中搅拌，然后将杯子倒扣在画布上，猛然提起杯子，让液体自然流淌。如此简单的做法居然能够创造出如此复杂精美的图案，着实令我叹为观止。物理学领域的所谓优雅大致也是这个意思。最典型的优雅物理理论就是弦理论。这个理论非常简单：万物都由弦构成。真正的迷人之处在于，一旦你尝试用数学形式来表述这个简单的理念，就会发现这些弦全都有自己的小算盘，换句话说你根本没有办法利用弦来开展运算。只要空间维度不是十，我们就无法前后连贯地用数学表达弦理论而不至于出现自相矛盾。换句话说，假如弦理论成立，那么我们就生活在十维空间当中。这项见解确实非常令人意外，而且也与我们的日常体验严重不符。广义相对论也被视为非常优雅的理论。广义相对论的内容非常简单——我猜当年爱因斯坦肯定因此吃惊不小，因为他耗费了很多年的苦思冥想才写下了理论公式。他的问题在于在他所属的时代并不具备足够有力的数学工具，以至于他不得不一边研究广义相对论一边开发自己所需的数学工具。今天一名大学生只要接受过微分几何的基本教育，只需要三行演算就能推导出广义相对论公式。总之这项理论看上去非常简单，但却能为我们揭示很多不同寻常的洞见，比方说广义相对论预言了黑洞乃至虫洞的存在，预测了引力波的存在，还预测了引力透镜的存在。所有这些全都是仅仅通过数学就得出的结果。因此理论物理学家才将广义相对论称作优雅的理论。

援引优雅作为论据的问题在于，我们对于优雅的定义在很大程度上取决于我们的已知知识。你越是了解广义相对论，就越不会因为广义相对论预测引力波而感到吃惊。今天我也可以写一篇论文，主张某个理论看上去很优雅，因为从简单的字面内容能够推导出令人意外的结论。问题在于我们怎么知道这个结论是否为真？因此我认为尽管所有人都喜欢谈论优雅的理论，但是优雅本身并不能作为发展物理学理论的依据。

简单、自然与优雅，我将这三者统称为物理学的隐藏规律。这三者分别构成了美的三个方面，并且共同汇合成了一套技术要求。你可以以数学形式写下这三者的定义，至于这三者原本仅仅作为假说的地位则逐渐遭到了遗忘。 很多人都向我抱怨应该将这三者称作哲学标准或者形而上学标准，我说：“爱咋咋地，我就要将他们称作审美标准。”因为正如你们所见，我相信审美正是这三条标准一开始的源头。怎样称呼他们并不重要，重要的是这三条标准都是与数学无关的额外附加标准。

从历史上来说，以美为标准来指导物理学研究的效果怎么样？不怎么样。理论物理学家很喜欢引用追求美的物理学研究取得正确成果的案例，却忽视了没能取得正确成果的案例。其中最著名的案例当属正多面体与行星轨道的关系。开普勒曾经提出，行星轨道的尺度遵循层层嵌套的正多面体的内径。如今我们知道，首先行星的公转轨道并不是圆形，其次宇宙当中也不仅只有五颗行星。圆形轨道本身也是一个典型的反面例子，当初开普勒发现椭圆形的行星轨道要比圆形的行星轨道更加契合观测结果，与他同时代的天文学家很难接受这一点，因为他们觉得圆形比椭圆形更加美丽，因此上帝肯定会选择圆形而不是椭圆形作为轨道。圆形是完美的，而椭圆则没那么完美。进一步说，对于美的观感也会随时代而发生变化。今天的天文学家对于椭圆轨道并没有什么美学看法，椭圆就只是椭圆而已。在十九世纪与二十世纪之交，理论物理曾经经历过一个非常有趣的时期，当时人们喜欢将刚刚观察到的原子描述为不可见的以太当中的扭结。这一理论被称为漩涡理论。当时的人们很喜欢这个理论，并基于这一理论进行了很多计算。所有这些计算都没能得到可观测的预测结果，不过这并不耽误他们发论文。这个理论后来怎么样了？后来人们发现了量子力学。这套新理论同样能够解释不同原子之间的差异，而且还能符合观测结果，于是漩涡理论就很快被人遗忘了。

第四个关于“美丽的理论却不正确”的例子是静态宇宙观，即宇宙不会随着时间的流逝而变化。现在我们知道并不是这么回事。我们知道宇宙始于大爆炸，并且从那以后一直在膨胀。在宇宙的初始阶段，所有物质都以极高的密度紧紧挤压在一起，然后才随着宇宙的膨胀逐渐形成了星系与恒星系。宇宙是动态的，，而且时时刻刻都在改变。后来人们发现这一点是爱因斯坦广义相对论导致的必然后果。他们对此感到非常反感，他们不想要这样的宇宙，因为不够美。美丽的宇宙就应该是亘古不变的宇宙。但是事实证明宇宙确实会不断演化。

有趣的是，很多在职业生涯当中提出过一两项正确理论的物理学家到了晚年往往倾向于认为，正是美感引领他们提出了这样的正确理论，比方说维尔纳.海森堡：“这些内在关联性尽管在数学上极为抽象，但却展现出了令人难以置信的单纯。这是一份天赐的礼物，我们只能充满谦卑地接受下来，就算柏拉图也不敢相信他们居然会如此美丽。”海森堡是量子力学这一极其成功的物理理论的奠基人之一，但是上面这段话指的并不是量子力学，而是他在二十世纪五十年代提出的统一一切物理学的大一统理论构想。当时他非常确信自己走在正确的道路上，还到处举办讲座。显然他还向记者们透露过自己的构想，有一次他甚至告诉记者，这项理论基本上已经大功告成，只差填充细节。这番言论让他的同事泡利大为光火。后来有一次泡利给他的朋友伽莫夫寄去了一张明信片，在明信片上画了一个方框，下面写道：“仅此证明我的绘画水平不亚于提香，所欠缺的只有技术细节而已。”想必大家都从来没听说过海森堡的大一统理论，因为这个理论不管用。

美丽的理论并不一定正确，这一点我想我已经说得很明白了。历史上充满了这方面的例子。反过来说，丑陋难看的理论用起来却没问题的例子也有不少，其中最典型的例子就是量子力学。海森堡并不是唯一一个发现了量子力学的人，几乎与他同时薛定谔也提出了一套量子力学公式。一开始人们还没有意识到这两人提出的不同公式其实指向了同一套理论。薛定谔认为海森堡的公式很难看，海森堡也认为薛定谔的公式很难看。时至今日依然有人认为量子力学理论很丑陋，但我并不是这些人当中的一员，我认为量子力学的数学表达确实非常美丽。不过至今依然有不少人试图证伪量子力学。接下来还有量子场理论。我们在计算某些测量结果的时候，理论给出的答案是无穷大，因此我们又研发了一套方法来应对这个问题，我们称之为正则量子化。保罗.狄拉克认为正则量子化非常丑陋，但是这一招同样很管用。今天的人们仅仅将正则量子化当做诸多数学工具当中的一种，不再认为它有多么丑陋了。刚才我已经举过了椭圆型行星轨道与宇宙大爆炸一度被人视为丑陋的例子，这里不再赘述。

那么归根结底，我们应当怎样看待美？美丽的理论有的时候是正确的，有的时候不是。没有理由认为美丽的理论就一定是正确的。我们的美感在一定程度上由进化塑造，另一方面也受到了成长环境与教育的塑造。社会常规与文化都会影响我们对美的认识，而所有这一切都不涉及我们对于自然基本定律的理解。所以我们丝毫没有理由认为美感能够引领我们走上正确的物理研究之路。美确实具有经验性的价值，但是如果你想开发全新的基本理论。那么你所要做的实际上是摆脱旧有的经验。如果你固守旧理论养成的美感，那也就意味着你抛不开旧理论。我认为这正是基础物理目前面对的情况。真正科学的做法是根据例如自然之类的审美标准提出假说，然后检验这些假说是否正确。不过我们已经按照这种方法研究了四十多年，就目前的结果来看，根据美学标准提出的物理假说全都不正确。但是物理学家们却还在一遍又一遍的重复这种做法，希望能够得到不一样的结果。我认为正是这一点导致了目前的物理学危机。

正如我平时爱说的那样，检测理论是物理学研究当中最简单的部分，只不过其实并不是。如今检测全新物理理论所耗费的时间与金钱成本正在变得越发高昂，而我们这些理论物理学家也因此而承担了越发沉重的负担，因为我们必须小心选择究竟检测哪个理论。如果我们选择了错误的理论，那么检测结果只能得到负面结果或者说一无所获。负面结果固然也是结果，但是却不能用来有效地引领下一步的理论发展。我们想要看到的是全新的现象，发现全新的粒子。因为我们可以将这些新现象纳入原有的理论，从而使理论得到进一步的发展如果选择了错误的理论加以检验，那么试验结果就无法指导理论发展，物理学家也会因此陷入恶性循环。他们不得不一次又一次提出胜算不大的理论，一次又一次得到没有用的结果。我个人认为整个物理学领域在这个恶性循环当中已经挣扎了几十年。

接下来我举几个预测失败的例子。在粒子物理的标准模型当中有一个参数名叫西塔参数。我们通过测试得知，西塔参数要么很小，要么干脆是0。这是个自然主义问题，正如我刚才说过的那样，我们手头有一个很小的数值，我们想要找出一套机制来解释这个数值为什么这么小。二十世纪七十年代的皮塞-奎恩理论提出了这样的机制：我们在量子场中测量这个参数得到的数值是其势能的最小值。问题在于温博格与维尔切克分别发现，假如你将转换过后的参数纳入量子场当中，那也就相当于向整套标准模型当中引入了一个新粒子，维尔切克称之为轴子。这种新粒子在七十年代刚刚被人提出，立刻就遭到了否定。接下来发生的事情非常典型地体现了当前物理学研究的弊病。理论物理学家非但没有放弃轴子，反而还变本加厉，基于轴子的存在提出了更加复杂的理论。以此来规避试验观察结果设下的限制。于是他们发明了所谓的隐形轴子。直到目前为止我们还没有找到这样的轴子，问题在于它们是隐形的。

另一个类似的例子是弱相互作用大质量粒子/WIMPs。这种粒子是一整套假设粒子当中的一种，而这些例子又是所谓超对称理论的先决条件。超对称理论是标准模型的假定延伸。根据超对称理论，标准模型当中的每一种粒子都有一个对应的超对称搭档。在物理学家眼中，这套理论非常美丽，也非常自然。更妙的是，某些超对称粒子还能用来解释暗物质的存在。因此在二十世纪八十年代很多人都相信超对称的存在。我必须承认我完全理解他们的想法，这的确是非常强大的动机。这些理论刚刚提出的时候确实非常精彩，我也完全理解为什么有人愿意投入时间精力去证明它们。但是研究到一定程度，人们必须根据已有结果得出另寻他路的结论。我认为在这方面我们已经拖延得太久了。

寻找WIMP粒子的动机之一在于数字巧合。我们称之为WIMP奇迹。具体来说，我们知道弱相互作用粒子究竟如何互动，我们也知道这些粒子的质量。利用这些数据作为输入值，我们可以计算此类粒子在早期宇宙当中的数量。有趣的是，我们算出的数值非常接近我们如今观测到的宇宙当中暗物质的密度。因此人们开始到处寻找这种粒子。比方说我们可以制造一个极大的水箱，里面装满特定液体。暗物质粒子不喜欢与普通物质粒子相互作用，但是偶尔也会有那么一两个粒子相互作用一下。我们所要做的就是准备一大团物质，在周围布设非常灵敏的探测器，并且将它们深埋在地下矿井里，以此隔绝宇宙辐射的噪音干扰，然后我们就等待探测器发现什么。我们从二十世纪八十年代中期就开始等待，直到现在什么都没发现。人们为这套理论设置了很多限制，例如粒子的最低质量不能低于多少，相互作用的强度又不能高于多少。因此理论物理学家主张，我们有理由相信粒子相互作用的强度太弱，这种类型的实验发现不了，我们应该再进行一场更高端的实验；下一场实验同样什么都没发现，于是理论物理学家只得提出更新的理论。这个过程听上去很疯狂，但实际上就是如此。自从二十世纪八十年代以来，理论当中的例子相互作用强度已经下降了十万倍。最近的一轮试验已经结束，依然一无所获。规模更大的试验设施正在兴建当中。我认为此类研究进展到一定程度，总有人要站出来主张：“差不多得了。”原则上来说我们可以无休止地进行此类试验，但是至少在我看来这条路走不通。

再接下来还有大型强子对撞机。这是目前全世界最强大的粒子对撞机位于日内瓦的CERN。它能以十四兆电子伏特的能量来撞击粒子。大型强子对撞机确实发现了二十世纪六十年代就被预测过的希格斯粒子，这也正是新建强子对撞机的主要原因。但是还有很多理论物理学家相信，大型强子对撞机除了希格斯粒子之外还应该观测到其他的现象，比方说超对称粒子、微型黑洞、引力子、额外的空间维度等等，甚至有人认为可以通过强子对撞机观测到平行宇宙的存在——我没开玩笑，真有人写过这方面的论文。但是所有这些现象目前还都没有人观测过。

那为什么还有人相信这些现象会出现？因为自然主义原则预测这些现象会出现。如果你希望理论足够自然，那就必须在临近希格斯粒子质量的区间内出现全新的物理学。这一点直到目前还没有发生。实际发生的是上万篇论文的问世，每一篇论文都预测大型强子对撞机会观测到这样那样直到目前还未被观测到的现象。诚然，大型强子对撞机至今还在运行，依然在收集数据，我们很可能观测到新的现象。但是不管这些新现象是什么，就目前来看都与理论物理学家的预测不沾边。有时人们问我成千上万篇论文这个数字是怎么得出来的？这不是我信口胡说，想要评估这个数字非常容易。超对称、额外维度以及微型黑洞，所有这些理念都得有第一篇论文将其提出，我刚才说过。我的博士论文主题就是强子对撞机能否产生微型黑洞。你们可以看看这些论文被其他论文引用的频率有多高。最受欢迎的论文的被引用率往往都在四五千次左右。所有这些后续论文要么提供进一步的细节，要么对前作进行略微修正，要么将不同的理论加以杂交。

再接下来还有些预测根本没法检验。比方说有一种关于早期宇宙形成的理论叫做膨胀理论，这个理论认为宇宙经历过一轮迅速膨胀。膨胀理论对于我们今天计算可观测结果来说非常方便。因此从某种意义上来说这是个很有用的理论。问题在于这个理论的变体太多。有一群研究人员甚至编纂了一套膨胀理论百科，其中收集了提出不同膨胀理论模型的论文，总数共有192篇。这还都是最基础的模型，如果算上各种变体的话兴许还能再增加一百篇。真正的可怕之处在于我们可以构想出无穷无尽的早期宇宙模型，这一点催生了一门论文生产产业。理论物理学家可以随便找个模型，做一番计算，提出预测，哪怕验证预测所需的现象我们至今都无法测量。就算这篇论文不济事也无所谓，因为可以发的论文数量无穷多。

接下来是多元宇宙理论。我实在不想在这个话题上多说废话。这个理论认为我们的宇宙不是唯一的宇宙，而是无穷多宇宙当中的一个，而且在这无穷多宇宙当中的每一个都有着截然不同的基本物理定律。刚才我讨论自然主义时提到过一点：理论物理学家很喜欢构想具有不同物理定律的宇宙。我认为多元宇宙理论的根源在于我们对于简单原则的过度强调。假如某项理论一味舍弃了与观测结果之间的联系，自然就会得出多元宇宙的结论。就算你将观测结果摆在这项理论面前，它也会说：“这只是基于本宇宙之内的常数得出的观测结果，其他宇宙未必是这么回事。”如果你说：“我不喜欢这样，我想要一套万物理论，我希望能够实际计算。”那么人家还可以抛出如下假设——基于现有的宇宙常数无法得出万物理论，因此肯定还存在具备不同常数的其他宇宙。唯一的问题在于我们无法观测这些所谓的其他宇宙。

还有些理论可以被无休止地修改下去，比方说超对称。某些特定的超对称模型已经遭到了否定，但是超对称的理念——每一种基本粒子都有搭档粒子——在原则上无法遭到否定。就算某种新粒子如此之重，以至于在目前的对撞机当中没有观测到，你还总可以宣称：“再建一台更大的对撞机，说不定就能观测到了。”

还有些理论干脆只能在其他宇宙当中才能生效。比方说二维空间引力理论。这个理论的好处在于二维空间当中的引力要比三维空间当中的引力简单的多，唯一的问题在于我们并没有生活在二维空间当中。这种理论并非没有价值，我们称之为玩具模型，也就是对于现实世界的简单化。这种模型也能在一定程度上帮助我们理解所处的宇宙。但是绝大多数情况下，我们都很有理由认为这些简化理论不能用来准确的描述我们所处的宇宙。我们还是应当努力提出能与现实的、可观测的宇宙建立联系的理论。

目前理论物理领域的问题在于，人们往往满足于玩弄各种看上去很美的理论，却提不出任何可验证的预测。人们甚至干脆停止了将理论与实验相关联的努力。有些人甚至质疑类似的实验究竟有没有可能做出来。我得出的结论是，我们目前关注的是错误的问题。我们可以研究一下科学史，看看当年都有哪些问题带来了突破性的科学进步。我刚才说过，爱因斯坦的相对论刚一问世就被视为非常美丽的理论，就连爱因斯坦本人都发表过这方面的言论，我想爱因斯坦当年也受到了这套理论的美丽之处的驱使。但是另一方面，他当时也确实正在研究一个非常有价值的问题。广义相对论解决了狭义相对论与牛顿力学之间的矛盾之处。在此之前，狭义相对论与牛顿力学相互对立，无法兼容。这是个数学问题，而这个问题的答案就是广义相对论。狄拉克也是类似的情况，狄拉克本人同样强烈受到美感的驱使，但是他的公式同样解决了一个重要问题，也就是狭义相对论与旧版量子力学之间的矛盾。这两位科学家在个人层面上确实受到了美的驱动，但是他们的理论之所以成功，我认为要归结于他们从一开始就选择了好问题来研究。今天的理论物理学家们研究的都不是什么好问题。比方说你觉得标准模型当中有一些粒子的质量特别别扭——这并不能算是什么问题。我要向同事们提出一点拙见：在你着手解决某个问题之前，首先要确定这真是个问题。

接下来我还有一点不那么拙的见解。画面上这张照片是我以为自己的相貌，而27这个数字就是同事们眼中我的相貌。27是我的赫希指数或者说H指数。这个指数是乔治.赫希在2004年提出来的，简单来说这个指数指的是某人发表的论文的总篇数以及这些论文被引用的总次数。换句话说赫希指数一方面衡量你的生产力，另一方面衡量你的受欢迎程度。我刚才谈到的这些理论——从超对称到暗物质粒子，再到宇宙膨胀理论等等——他们的赫希指数全都非常高。这些论文的产量非常高，而且非常受欢迎，因为人们都喜欢研究看上去很美的理论。赫希指数的引用极大地恶化了当前的局面，因为现在很容易就能量化某篇论文或者某位研究者的得分。当然，赫希指数并不是衡量科学生产力的唯一标准，其他指数还有很多，什么g指数，hg指数，h-b指数，M指数，R指数，等等。这些指数都会以不同方式来衡量作者的发表次数以及发表论文的被引用次数。此外还存在测算学术生产力的完全不同的方式，例如谷歌页面排行。尽管存在这么多替代方式，其中很多都比赫西指数这样粗陋的方式更加精密，发表数量与被引用数量依然是衡量学术能力的首要工具，尽管针对这些方法的批评以及它们所暴露出来的问题从来都没有断绝过。

第一个问题在于科学家不喜欢这套方式。科学家不喜欢被人量化，我也不喜欢被人量化。但是作为一名物理学家，不喜欢量化这一点，着实有悖于我的职业理念，我相信归根结底一切事物都可以被量化，只不过某些事物的正确量化方式要比其他事物更复杂一些。但是科学家确实反感量化标准被用在自己身上，因此他们干脆一揽子反对一切针对自己的量化。第二个更严重的问题在于错误的量化标准扭曲了科学研究的动机。如果说你的科研水平是由你发表的论文的数量决定的，那么你自然有动机写更多更短的论文，而不是写一篇很长的论文。这种做法未必能有助于推进科学，但是确实延长了某人的发表清单。另一种做法是换汤不换药地针对同一个题材反复发论文，采用同一套计算，只是研究模型略有区别。你还可以侧重于时下最流行的、发表论文数量最多的领域——难怪弦理论当年被称作成果斐然的理论。因为从数学角度选理论确实有很多可写之处。之所以要选择流行领域，是因为针对某个领域写论文的人数越多，有可能引用你的论文的潜在作者数量也就越多。此外这种做法还鼓励论文作者私下勾兑：我引用你的论文，你将我列为共同作者。假设我每年发一篇论文，那么我的年产量就是1，假设我与另外5名作者勾兑，我们每个人都将其他5个人列为自己论文的共同作者，那么我们每个人的年产量就突然上升到了6。我认为这是计算论文发表数量不足以衡量科研水平的最主要原因。在计算某一位作者的论文发表数量时，应当根据共同作者的数量将最后得数加以规范化。此外这一做法还会鼓励人们夸大你的研究发现的重要性。