科學(xué)本身就是一場大辯論

苗千

這樣的一個意大利人，在大學(xué)即將畢業(yè)的時候才感受到了物理學(xué)的迷人之處，發(fā)覺自己對于物理學(xué)“就像是陷入了戀愛”，決心終生從事物理學(xué)研究。成為了物理學(xué)家的羅威利也不愿循規(guī)蹈矩。在物理學(xué)最前沿的量子引力研究領(lǐng)域，他開創(chuàng)性地提出了“圈量子引力理論”（Loop Quantum Gravity）;對于看上去難以理解的量子力學(xué)，他也獨樹一幟，提出了自己獨特的理解——“關(guān)系性量子力學(xué)”（Relational Interpretation of Quantum Mechanics）。除此之外，他還面向普通讀者，以富有詩意的語言書寫了多部科普著作，比如《七堂極簡物理課》和《時間的秩序》，被翻譯成幾十種語言，擁有數(shù)百萬讀者。

羅威利目前在法國艾克斯-馬賽大學(xué)（Aix-Marseille Université）擔(dān)任理論物理學(xué)教授，他的辦公室坐落在馬賽郊區(qū)一個嶄新的大學(xué)城區(qū)域。從馬賽城中心坐車半個多小時，我見到了頭發(fā)斑白的羅威利教授。他的辦公室是標(biāo)準(zhǔn)的書房布置，最醒目的就是占據(jù)了一面墻的書架，上面除了各種物理學(xué)書籍，我還看到各種哲學(xué)著作，其中還有一本英文版的《莊子》。

意大利物理學(xué)家卡洛·羅威利

如何理解這個世界

三聯(lián)生活周刊：能否介紹一下你的研究領(lǐng)域？

羅威利：我所研究的是量子引力理論，這是一個巨大的、開放性的問題，也是物理學(xué)的核心問題。這個理論希望把量子力學(xué)和愛因斯坦的廣義相對論結(jié)合在一起。在大學(xué)時代我讀到了一個英國物理學(xué)家發(fā)表的一篇綜述文章后認(rèn)識到了這個問題，我明白量子引力理論是要解決一些關(guān)于真實性的大問題，比如什么是空間，什么是時間。這讓我很著迷，因為一直以來我都被這些深刻的哲學(xué)問題所吸引。所以說量子引力理論不僅是真正的科學(xué)問題，同時也關(guān)系到如何理解這個世界。

三聯(lián)生活周刊：你談到了自己對于哲學(xué)的興趣，那么現(xiàn)在哲學(xué)對你來說意味著什么呢？

羅威利：我的一些同事認(rèn)為“哲學(xué)已死”，但我認(rèn)為他們是錯的，因為在物理學(xué)家和哲學(xué)家之間總是會存在著某種對話。牛頓閱讀哲學(xué)著作。愛因斯坦在15歲的時候就讀了康德的三大批判，他對于哲學(xué)有深刻的興趣，他還閱讀馬赫、叔本華……海森堡、麥克斯韋都閱讀哲學(xué)著作。偉大的科學(xué)家都是非常熱衷于學(xué)習(xí)哲學(xué)的。同樣，偉大的哲學(xué)家也會認(rèn)真學(xué)習(xí)科學(xué)知識?？茖W(xué)和哲學(xué)當(dāng)然是不同的領(lǐng)域，人們不應(yīng)該把它們混為一談，但是我想在它們之間有很多需要相互理解的東西，而且兩者的目標(biāo)也是一致的，都是為了理解這個世界。所以，我想對于哲學(xué)完全不在意的物理學(xué)家會顯得淺薄;同樣，不理解物理學(xué)的哲學(xué)家也會顯得淺薄。直到現(xiàn)在，我一直都在閱讀哲學(xué)著作，實際上我現(xiàn)在正在讀一位中國哲學(xué)家的作品：《莊子》。這是一本了不起的書，有很多有趣的故事，對于真實也有很深刻的思考。我非常喜歡這本書。

三聯(lián)生活周刊：在牛頓時代，物理學(xué)家被稱作“自然哲學(xué)家”，愛因斯坦自稱是一位“馬赫主義者”。但是在現(xiàn)在，哲學(xué)還能夠給你帶來靈感嗎？

羅威利：是的。要做量子引力研究，有很多的技術(shù)問題，涉及到方程、幾何學(xué)等等，還涉及到實驗方面的問題。但還有一些理念性的問題，比如說如何從不同的角度去理解時間。（在這方面）我參加了很多哲學(xué)會議，下個月我還要去紐約參加一場關(guān)于物理學(xué)基礎(chǔ)問題的哲學(xué)會議。我經(jīng)常與那些對物理學(xué)感興趣的哲學(xué)家進(jìn)行對話。我想現(xiàn)在關(guān)于如何去理解量子理論，很多物理學(xué)家感到非常迷惑，而哲學(xué)家可能會提供幫助。

三聯(lián)生活周刊：你是兩個重要的量子引力理論之一——圈量子引力理論的創(chuàng)始人之一，能否用簡單的語言介紹一下這個理論？

羅威利：這個理論的目的就是量子引力，把量子理論和愛因斯坦的理論融合在一起。愛因斯坦的理論是關(guān)于空間和時間的，量子理論也是關(guān)于我們所生活的空間。在量子理論中一個重要的預(yù)測就是顆粒化（Granularity），比如說光是由光子（Photon）構(gòu)成的，它們是構(gòu)成光的粒子，是“光量子”（Quanta of Light）。因此我們推測，我們所居住的空間，在非常小的尺度下也是量子化的。圈量子引力理論是一個數(shù)學(xué)理論，即描述空間的這種“顆粒”。

在數(shù)學(xué)上，我們認(rèn)為空間是連續(xù)的。你可以對它進(jìn)行任意次數(shù)的切割，但是在物理學(xué)中，空間很有可能并不是連續(xù)的，存在一個最小的空間構(gòu)成，就像是一個個微小的“磚頭”構(gòu)成了空間。而且它們之間是相互接觸的，你可以發(fā)現(xiàn)“圈”之間的聯(lián)系，所以它才被稱為“圈量子引力理論”——不同的顆粒之間是在相互運動的。它們之所以被稱為“圈”有一定的歷史原因，這些最基本的顆粒是三維的，它們之間可以相互演化。

“黑洞”和“白洞”

三聯(lián)生活周刊：我與一些弦論學(xué)家交流過，他們對圈量子引力理論并不十分信服。他們認(rèn)為愛因斯坦的廣義相對論在極小的尺度下很可能是不成立的。你對此如何回應(yīng)？

羅威利：我想，從歷史的角度來說，弦論和圈量子引力理論是從不同的科學(xué)家群體中涌現(xiàn)出來的。弦論來源于粒子物理學(xué)，在粒子物理學(xué)中人們忽略掉廣義相對論。從文化上和數(shù)學(xué)上來說，弦論是植根于粒子物理學(xué)的：沒有引力，沒有彎曲的空間。粒子物理學(xué)家和弦論學(xué)家們認(rèn)為存在著一個空間，各種物體在空間中運動。而圈量子引力理論起源于研究廣義相對論的物理學(xué)家，其中的一個主要思想就是空間本身是引力場，它是活躍的，有自身的動力學(xué)。在極小的尺度下，廣義相對論可能確實不成立，但是在極小的尺度之下，空間必定是不存在的。所以說，這是兩種不同的理念，我們不知道誰才是對的。很多人和我一樣，認(rèn)為弦論是錯誤的，弦論學(xué)家們并沒有意識到廣義相對論最全面的應(yīng)用;而弦論學(xué)家們認(rèn)為我們是錯誤的，因為我們不理解他們認(rèn)為重要的方面。

這是一件好事，因為科學(xué)本身就是一場大辯論。目前并沒有人知道最終的解決辦法，有各種不同的意見，我們相互批評是一件好事。因此，對于這個問題我的具體回答是：在極小的尺度下，廣義相對論的形式可能會發(fā)生改變，這當(dāng)然是可能的。但是關(guān)于時空本身是一種量子場，它是顆?；?、量子化的，對于這一點我們已經(jīng)理解，是不會改變的。

三聯(lián)生活周刊：但是基于這一點，弦論認(rèn)為時空是十維或是十一維的，而圈量子引力理論認(rèn)為空間是三維的。

羅威利：是的。為了讓弦論可以自圓其說，他們必須把時空拓展到10或者11個維度，需要包含超對稱和各種各樣的量子場，形成了一個龐大的結(jié)構(gòu)，但是關(guān)于這些目前我們并沒有任何證據(jù)。我們沒有關(guān)于多余維度的證據(jù)，也沒有關(guān)于超對稱理論的證據(jù)。弦論做出了很多預(yù)測，其中很多是錯誤的。比如說，弦論預(yù)測宇宙常數(shù)（Cosmological Constant）是負(fù)值，當(dāng)宇宙常數(shù)的測量結(jié)果顯示是正數(shù)，弦論學(xué)家們并不相信，他們認(rèn)為可能是測量出了問題。

三聯(lián)生活周刊：那么圈量子引力理論如何解釋暗能量呢？

羅威利：圈量子引力理論與取正值的宇宙常數(shù)是相符的，因此暗能量只是取正值的宇宙常數(shù)的表現(xiàn)而已。1917年，愛因斯坦在他的公式上添加了一項，這可以預(yù)測宇宙的膨脹。所以說，我們可以從不同的側(cè)面來理解一件事。我認(rèn)為在過去的幾年里，各種跡象都表明超對稱理論不成立，弦論不一定成立，而對圈量子引力理論是有利的。

三聯(lián)生活周刊：這是因為圈量子引力理論的一些預(yù)測被證實了嗎？

羅威利：目前無論是根據(jù)弦論還是圈量子引力理論做出的預(yù)測都沒有辦法去驗證。這些預(yù)測都太難去證實了，當(dāng)然有很多人在為此努力。弦論做出了一些預(yù)測，比如預(yù)測在歐洲核子中心里可以形成黑洞，這不是事實;預(yù)測宇宙常數(shù)是負(fù)值，這也不是事實;預(yù)測超對稱理論可以在歐洲核子中心被證實，這也不是事實。

我目前主要研究黑洞。根據(jù)圈量子引力理論的預(yù)測，黑洞會發(fā)生蒸發(fā)，也就是所謂的“霍金蒸發(fā)”，而且黑洞也有可能轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍锥础保╓hite Hole）。我們正在研究，根據(jù)這樣的預(yù)測，在宇宙學(xué)觀測中會發(fā)現(xiàn)什么樣的信號。

“白洞”就是在時間上反轉(zhuǎn)的黑洞，它與黑洞是對稱的。比如對于黑洞來說一切東西都可以進(jìn)入，但是沒有東西可以逃脫，而白洞則是一切東西都可以逃脫，但是沒有東西可以進(jìn)入。如果你對一個黑洞錄像，然后反著播放錄像，這就是“白洞”了。目前人們認(rèn)為“白洞”并不存在，但它卻是可能存在的。在很長時間里，人們曾認(rèn)為黑洞并不存在，但是現(xiàn)在大家都相信黑洞存在了。對于“白洞”來說也可能一樣。

三聯(lián)生活周刊：目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)任何可能是“白洞”發(fā)出的宇宙信號了嗎？

羅威利：現(xiàn)在還沒有。有一些信號，比如宇宙射線，快速射電爆發(fā)，它們可能來自“白洞”，但是還都不能確定。

三聯(lián)生活周刊：目前看起來，圈量子引力理論和弦論是兩個相互競爭的理論，在未來，這兩個理論有沒有可能融合在一起？

羅威利：確實有人做出這樣的預(yù)測，也有物理學(xué)家試著去這么做。人們可能會從不同的角度去嘗試，但在目前來說我還沒看到任何成功的跡象（當(dāng)然還是有這種可能的）。

一個好的理論是能夠做出預(yù)測的，我們可以通過實驗去驗證它成立與否。如果我的理論是正確的，經(jīng)過計算顯示，當(dāng)一個黑洞蒸發(fā)消失了，它會轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€白洞并且發(fā)射出一些宇宙學(xué)信號，那么我們就可以通過天文學(xué)家去尋找這種特定的信號——這就會是理論成立的證據(jù)。這種情況是經(jīng)常發(fā)生的：科學(xué)家們對一些事情感到困惑，然后出現(xiàn)了理論。一些理論因為沒有實驗證據(jù)的支持或是出現(xiàn)了相反的證據(jù)而消亡了，也有一些被證實是正確的，比如麥克斯韋的理論、標(biāo)準(zhǔn)模型、廣義相對論等等。這些美麗的理論讓我們可以去理解這個世界，對這個世界產(chǎn)生一些直覺，并且由此再發(fā)展出技術(shù)。

三聯(lián)生活周刊：人類可能需要花費數(shù)百年的時間來發(fā)展出一個極其復(fù)雜甚至沒法驗證的數(shù)學(xué)架構(gòu)，你是否認(rèn)為物理學(xué)逐漸在演變?yōu)樾味蠈W(xué)？

羅威利：不，我想人們必須習(xí)慣這種情況，就像我們理解地球是圓的，人可以在上面走。這在一開始是很難理解的，現(xiàn)在則變成了很平常的知識，就是小孩子也可以理解。當(dāng)麥克斯韋發(fā)表了電磁場理論，最初顯得非常奇怪，但現(xiàn)在我們有了廣播和電視，電磁波變成了一種普通的事物。愛因斯坦的理論預(yù)測光速是可變的，這在一開始也是奇怪的，但是現(xiàn)在人們已經(jīng)對此習(xí)以為常?？茖W(xué)改變了人們的認(rèn)知，這些先進(jìn)的理論在一開始顯得非常晦澀，那是因為我們當(dāng)時還不了解。

三聯(lián)生活周刊：你談到“地球是圓的”這個概念在一開始給人們帶來了很大困惑，那么“時間”這個概念對你來說是什么樣的呢？你在自己的書里談到很多關(guān)于時間的話題。

羅威利：時間有很多令人感到迷惑的特征。我最新一本書的題目就叫做《時間的秩序》。我認(rèn)為“時間”是一個非常有魅力的話題，這有兩方面的原因：首先是因為它的本質(zhì)和我們憑經(jīng)驗直覺所感受到的完全不同，另外也是因為時間有很多神秘的特征，我們現(xiàn)在還不完全理解。

三聯(lián)生活周刊：時間是否會像引力一樣，在不同的宇宙環(huán)境中有完全不同的方向？

羅威利：從某種意義上說，是可能的。雖然這聽起來更像是科幻。在這方面，理論物理學(xué)家們需要做出努力，但不要走得太遠(yuǎn)。我想現(xiàn)代物理學(xué)的一個問題就是理論和實驗之間的距離太遠(yuǎn)了。在很多物理學(xué)期刊上發(fā)表的論文，和實際毫無關(guān)系。在某種意義上，這是可以的，因為必須嘗試各種可能，但是最終還是要回到現(xiàn)實。

“‘人擇原理是錯誤的”

三聯(lián)生活周刊：你說到自己不相信多重宇宙，但是關(guān)于多重宇宙理論有著不同的版本。

羅威利：我不相信多重宇宙，無論是量子力學(xué)領(lǐng)域的多重宇宙還是宇宙學(xué)領(lǐng)域的多重宇宙，我都不相信。當(dāng)然在宇宙學(xué)領(lǐng)域的多重宇宙可能會得到實驗的證實，但是目前我還沒有看到關(guān)于這方面的實驗證據(jù)，我只能說這樣的理論并不讓人信服。

科學(xué)是關(guān)于通過一些簡單的事實來解釋我們觀察到的世界的。有些人相信多重宇宙的理由是這個理論可以用來解釋宇宙常數(shù)，但是我們看到，牛頓只用了一個常數(shù)（引力常數(shù)）就解釋了一切——一個常數(shù)解釋無數(shù)的現(xiàn)象;而現(xiàn)在我們希望用無數(shù)的宇宙來解釋一個常數(shù)，這就是本末倒置了。當(dāng)然，如果出現(xiàn)了令人信服的實驗證據(jù)，我也愿意改變我的看法。多重宇宙理論并不愚蠢，并不是不可能，也不是不科學(xué)，只是到現(xiàn)在我還沒有看到足夠的證據(jù)。

三聯(lián)生活周刊：有人認(rèn)為，宇宙中所有的常數(shù)都恰好允許人類的存在，這是一種幾乎不可能的巧合。

羅威利：我想這是一個錯誤。你的祖父祖母、外公外婆都是在那么精確的時間相遇，然后結(jié)婚、生子才有了你——他們的生活是完全為了你的存在而存在的——但其實這是一種錯誤的思維方式。你是他們存在的結(jié)果。我們作為人類，我們是適應(yīng)宇宙中各種常數(shù)而存在，而不是反之。

如果我的祖父在那一天沒有遇到我的祖母，而是在其他的什么地方跳舞，他就會遇到別的女人，有別的孩子——宇宙中的常數(shù)如果是其他數(shù)值，宇宙就會是另一個樣子，有其他的存在形式。所以說，宇宙常數(shù)并不特殊，它也不是為了人類的存在而調(diào)整的，是我們來適應(yīng)宇宙。所謂的“人擇原理”（Anthropic Principle）是錯誤的。我們觀察到的宇宙是因為這樣的常數(shù)而有了這樣的形態(tài)。

三聯(lián)生活周刊：那么“薛定諤的貓”還會困擾你嗎？

羅威利：“薛定諤的貓”正是量子力學(xué)的奇特之處的一個展示。我想我們需要分辨相對于貓的現(xiàn)實以及相對于外部觀察者的現(xiàn)實。對于我們這些在盒子之外的觀察者來說，這只貓既沒有活也沒有死，處于一種兩者皆非的疊加態(tài)。但是對于貓來說，它要么就是活著，要么就是死掉了。我認(rèn)為其中的關(guān)鍵就在于不認(rèn)為存在一種一成不變的、客觀的真實。真實是相對于某一個物理學(xué)系統(tǒng)而言的，所以我的關(guān)于量子力學(xué)的理解才被稱為“關(guān)系性量子力學(xué)”。

三聯(lián)生活周刊：你寫了很多面向大眾的“科普書”，這些書中的文字都非常有特點，具有詩意。這有某種特殊的用意嗎？

羅威利：一些科普書籍是為了對科學(xué)有熱情的讀者寫的。但我不單獨為了這些人而寫，我是為所有人而寫。我的書里并不會涉及到太多的科學(xué)細(xì)節(jié)問題，更多是介紹科學(xué)的理念。我試圖把那種科學(xué)帶來的激情和美感，我認(rèn)為的科學(xué)中最迷人的東西傳遞給讀者?？赡芤驗槲沂且粋€意大利人的原因，我的寫作與美國科學(xué)家相比完全是不同的風(fēng)格。我希望在一本書里涉及到所有的問題，另外我還希望在書里把科學(xué)和哲學(xué)結(jié)合在一起。我的上一本書《七堂極簡物理課》被翻譯成了41種語言，賣出超過100萬本，讀者們很喜歡。我最新的一本《時間的秩序》對我來說非常重要，因為我把我所知的關(guān)于時間的一切全都寫了進(jìn)去。我寫到了很多科學(xué)問題，也介紹了很多關(guān)于科學(xué)的開放性問題，還有一些我感覺有詩意的問題。我很高興讀者們能夠欣賞這種寫作方式。