我們能從大眾科學中學到真東西嗎？

編譯 高地雪

肖恩?卡羅爾（Sean Carroll）是業(yè)內最出色的科學家作者之一。他完全理解他所寫的主題，也能在清晰地解釋該主題時傳遞出迎合讀者的權威感，可謂是作家的典范。這位物理學家將自己領域的概念用平實的白話寫出來，讓我這種缺乏專業(yè)背景的普通讀者相信，我們能夠理解時空和量子力學的出現(xiàn)，并在晚宴上把它們解釋給朋友聽。我確實做到了，而這要部分歸功于卡羅爾的兩本書：《大圖景》（The Big Picture）和《隱藏的宇宙》（Something Deeply Hidden）。

卡羅爾有一個恰當?shù)亩陶Z來概括他描述“世界深層本質”的方式，那就是“詩意的自然主義”。這個短語是他從詩人穆里爾?魯凱瑟（Muriel Rukeyser）那里找來的，魯凱瑟曾寫道：“宇宙由故事構筑，而非原子組成。”現(xiàn)年55歲的卡羅爾曾在加州理工學院出任研究教授多年，如今是約翰霍普金斯大學的自然哲學教授?？v觀他的整個職業(yè)生涯，他始終在講述有關自然世界的故事，這些故事充滿詩意，而這種詩意正源于其真實。

正因如此，卡羅爾的最新著作《宇宙宏念：空間、時間和運動》（The Biggest Ideas in the Universe: Space,Time, and Motion）是一本沖擊之作。該書是三部曲中的第一部，它將宇宙的規(guī)律娓娓道來，以此挑戰(zhàn)讀者。這本書暴露出了在大眾科學的表面下潛藏的一種焦慮，那就是，我們永遠無法看清知識的全貌。為什么呢？因為我們錯過了數(shù)學。在《宇宙宏念》一書中，卡羅爾著手糾正我們的錯誤知識?？_爾寫道，你盡可以去讀任何你喜歡的有關愛因斯坦廣義相對論的文字，去讀質量和能量如何導致時空彎曲，但只有當你理解相關方程，才能真正理解愛因斯坦的理論。

《宇宙宏念》一書的篇幅相對較短，但內容充實，因為卡羅爾在書中對相關方程的符號及其背后的概念給出了耐心而有說服力的解釋。當然，對于像我這樣沒有數(shù)學背景的讀者來說，理解這些內容是個挑戰(zhàn)。不過，正如在我們最近的采訪中沉著地解釋的那樣，卡羅爾對此并不氣餒。他確信好讀者總會出現(xiàn)，就算他們成不了下一屆菲爾茲獎得主，也會皈依微積分。然而，這本新書最讓我震驚的地方在于，它暗示著讀者永遠不可能僅僅通過大白話的文字把握世界的深層本質，這似乎與卡羅爾的詩意自然主義彼此矛盾?？_爾揭露了大眾科學使命中的一個漏洞，而令人激動的是，我得以向他問及此事。

讓我們首先談談《宇宙宏念》的第一句話吧：“我的夢想是生活在一個大多數(shù)人都對現(xiàn)代物理學知之甚深、充滿熱情的世界。”這是個非常令人欽佩的夢想，肖恩。

唔，我是一個專業(yè)的物理學家，但我也有著更廣泛的知識興趣。我有點嫉妒其他領域的人，不管是經(jīng)濟學、生物學還是歷史學的學者，他們的成果都可以被非本學科的人深入地了解、討論。但是物理學和數(shù)學中存在著一道壁壘。在和非專業(yè)人士談論自身研究時，我們的表達總會受到某種限制，而這種限制在其他學科中并不存在。我的策略是硬著頭皮教大家方程。

你寫道：“你可以讀書、聽講座、看視頻、聽播客。好消息是，我們確實擁有一個充滿活力的（科普）資源生態(tài)系統(tǒng)，我們的確有可能學到很多內容，雖然它們或許雜七雜八、不成體系。但到最后，你會發(fā)現(xiàn)你學不到真東西?！笔裁床潘阏鏂|西？

真東西是精確、嚴謹、清晰、明確的知識。在實踐中，這意味著它以方程的形式出現(xiàn)。這還意味著，它既不是寓言，也不是類比。它的字面意思就是它的全部意思。

我的上一本書《隱藏的宇宙》講的是量子力學和量子力學的多世界詮釋。當你測量一個小量子系統(tǒng)時，不同的結果會在不同的宇宙里成為現(xiàn)實。對這種觀點有各種各樣的反對意見，也有各種各樣的支持意見。有些反對意見完全說得通，我能明白其中的道理。我不認為它們足以徹底推翻多世界詮釋，但我理解這些科學家為什么反對。

但對于其他反對意見，我只能說：“不，你沒搞懂?！币环N反對意見是：“能量來自哪里？當你創(chuàng)造出這么多的宇宙時，能量從何而來？”任何一個理解了相關方程的人都不會問出這個問題。如果你不理解這些方程，而只是在談論意象、直覺和隱喻，那這個問題就無法解決。

例子不止這一個。比如諾特定理，它認為自然界的每個對稱性都有著相應的守恒定律。你是怎么得到這些答案的？有一些東西在你了解相關數(shù)學原理的時候會顯得清清楚楚、明明白白，但如果你不了解那些數(shù)學知識，就完全搞不懂它們。如果我不得不說出“閉嘴，好好看方程”這種話，我會感到內疚的。我從來不想那么做。我想要給出相應的解釋。

當我讀到像你這樣優(yōu)秀的科普作家的作品時，我能很好地理解那些物理學概念。但假如我不懂相關的數(shù)學知識，錯過的是什么呢？

你錯過的是文字的各種含義和內涵。我寫過不講方程的書。我完全贊成這樣寫。但不管什么時候，只要你用了類比，就會碰到問題，因為類比總會帶來多余的衍生含義。有人說膨脹的宇宙就像一個表面畫著小點的氣球，那些小點就代表了星系。你可能會問：“它會膨脹成什么東西？”答案是它不會膨脹成任何東西。你可能會回答：“但是氣球總要膨脹成什么東西?！辈唬瑲馇蛑皇莻€類比?！昂冒桑蛎浀氖沁@些小點。這是否意味著星系會膨脹？”不，星系不會膨脹。所以，這就是我的意思：這個類比無法告訴你有關宇宙膨脹的真實信息。

針對數(shù)學的類比總是會失敗嗎？

如果我們試圖給出的是完美的類比，那么沒錯，它總會失敗。像宇宙膨脹或波函數(shù)坍縮這樣的事情，根本沒有理由能從我們的日常經(jīng)驗中找到類比。那是另一個領域，一個在數(shù)千年前語言誕生之時我們還全然不知的領域。

有時我談到空間幾何，我會說：“看，這是公式。它可以在任意維度下成立。不管空間是三維、四維，還是五維的，它都成立。如果你搞懂了這個方程，概念就清楚了。”如果你搞不懂這個方程，你怎么能想象出十維的時空？答案是你想象不出。你需要知道那個能告訴你時空如何表現(xiàn)的方程。

我承認，雖然你對那些符號和它們的含義給出了流暢的解釋，在沒有數(shù)學背景的情況下，我在理解《宇宙宏念》中的方程時還是很吃力。不過，我確實對物理學中的普遍原則如何確立有了很好的認識。無論在什么情況下，宇宙都有基本的行為——數(shù)學就是這么講的。

很高興聽到你這么說。有很多例子可以說明這點。例如，當宇宙膨脹時，光發(fā)生紅移。遙遠的星系會發(fā)生紅移。該理論在早期有一個名為“疲勞光理論”的競爭者，這個理論認為光只是變得“疲勞”了。不，并不是這樣。你怎么知道呢？這里有一個方程能說明光的機制。根據(jù)相關方程，光可以自行傳播。這才是光天然會做的事。

在科學領域，我們提出假設，隨即試圖建立一個符合數(shù)據(jù)的理論。我們輸入數(shù)據(jù)，然后嘗試著從中建立起一個模型。當我們像愛因斯坦那樣成功做到這點時，得出的方程可比我們聰明多了。從一個成立的方程中可以推斷出遠超我們預期的內容。

愛因斯坦本人并不知道有宇宙大爆炸這回事，但他的方程知道。而這可真是太神奇了。這就是為什么，盡管我試圖讓物理學變得普適易讀，它仍然是最令人驚嘆的科學：我們在辦公室里提出的這些小想法居然正確地描述了數(shù)十億年前和數(shù)十億光年之外發(fā)生的事情。之所以能有這種事，完全是因為那些方程。

那么，在我們觸及宇宙的基本真理之前，我們是否需要理解數(shù)學的語言呢？

是的，我認為是需要的。但我要強調，這是一個連續(xù)體，而不是簡單的“是”或“否”。當有人說到勾股定理，說到“勾長的平方加上股長的平方等于弦長的平方”，大多數(shù)人不需要花大功夫就能搞懂它。他們理解的。假如你看到一個直角三角形，三條邊上寫著勾、股、弦，弦是斜邊，而你又知道“平方”是什么意思，知道“加”是什么意思，你就能輕松地理解它。從勾股定理到愛因斯坦方程之間的距離是難度上的差距，而不是種類上的差距。不同的人可以走過不同距離、攻克不同難度，但如果你假裝這是個不可逾越的障礙，那你就錯了。

我很喜歡你說的關于收獲“真東西”的那番話。知識能加深我們對世界的理解和欣賞。我曾經(jīng)和一位狼生物學家一起去蒙大拿州旅行，我始終記得她在森林里對我說過的一段話：“如果你不了解生態(tài)學，大自然在你眼中就只是風景?！蹦闶钦f物理也是這樣嗎？你盡可以仰望夜空，心生敬畏。但除非你清楚自己究竟在看什么，否則它就只是風景。你同意這種說法嗎？

我完全同意。我也有過類似的經(jīng)歷，不過當時同行的是地質學家，而非狼生物學家。如果你和地質學家一起翻山越嶺，那是一種完全不同的體驗。如果你和一位偉大的廚師共進晚餐，那也是一種完全不同的體驗。如果你和一位作曲家或音樂學家一起去聽音樂會，你會對演出有很深刻的理解。

我曾與作曲家和音樂學家一起參加過音樂會，聽他們描述我們所聽到的音樂是一種讓人難以置信的體驗。不過我也和另一些人去過音樂會，這類人不想聽解釋，只想親自體驗。

對。不是每個人都適合。而且，無論你有怎樣的雄心壯志，沒有任何一個人可以在所有領域都成為專家。所以希望每個人都有一些能從中獲得“膚淺”快樂的愛好。我對古典音樂的愛好就是“膚淺”的。我對它沒有深刻的理解，但我喜歡它。我對爵士樂的理解稍深一些，但我沒辦法告訴你某人在獨奏時用了哪種即興創(chuàng)作的模式。但這沒關系。

但在我自己的專業(yè)領域，毫無疑問，所獲快樂的性質是不同的。所以我一直在強調方程。在某種程度上，我反復強調這些方程是為了讓人們在拿到《宇宙宏念》時不會覺得自己上當了。這里面就是有很多方程，我沒有隱瞞這個事實。但是我非常努力地解釋了它們背后的原理。我不是簡單地說“這就是微分”，而是告訴你，物理學在拉普拉斯范式下是這樣運作的：你知道了所有事物的位置和速度，就可以預測未來。為什么你能從事物的位置和速度中預測出未來呢？這是一件你可以搞懂的事情。

我不是堅持讓每個人都成為物理專家。我試圖做的是為那些不想成為專業(yè)物理學家、但又想更好地理解物理現(xiàn)象的人打開一扇門。我不認為在物理學家和非物理學家之間該有這樣一堵堅硬、牢固的墻。

不是所有科學家都同意這點，對吧？盡管我從事的是科普工作，我仍然尊重那些想留在實驗室里專心科研、不認為有必要向普通公眾解釋自身研究的科學家。你遇到過這樣的科學家嗎？

當然。

你會對他們說什么？

我的態(tài)度始終如一。我不認為每位科學家都有義務向更廣闊的世界解釋自己，但我確實認為每個科學領域都有責任向更廣闊的世界解釋自己。對于那些不想親自做這件事的人，我完全沒有意見，但對那些有同僚做了這件事、卻輕視他們的人，我是很有意見的。假如他們不想親自和公眾對話，卻有其他人想做這事，他們應該非常感激才是。這給他們減輕了很大的負擔。

像我所在的物理學領域，我們考慮的是暗物質和宇宙的誕生，它們無法得到實際的、技術或經(jīng)濟層面的應用。我們研究它的唯一理由只是因為人類是好奇的生物，我們想要搞懂它。如果我們埋頭研究、搞懂了某些事情，卻不告訴任何人，那還有什么意義？社會為什么要支持我們呢？所以我認為努力向公眾解釋我們正在做的事情是非常有價值的。

在你的職業(yè)生涯中是否經(jīng)歷過轉折性的時刻，就是說，你在那一刻突然意識到你想向人們解釋物理學？

沒有吧。我一直都想跟人們解釋物理學。嚴格說來，我是個物理學家，但也是個哲學家。我如今的工作更多的在于思考、理解、分享和學習，而不止于鉆研物理學科本身。我在物理學領域一直以來的樂趣不僅僅是理解新事物，還包括談論它們、向其他人解釋它們，以及在別人給出好解釋時去理解、欣賞它們。你知道米斯納（Misner）、索恩（Thorne）和惠勒（Wheeler）合寫的那本著名的廣義相對論教材《引力論》（Gravitation）的題獻頁嗎？

不，我不知道。

我剛在這里——我的新辦公室里——把它拆開。它有1 000頁，江湖人稱“電話本”。這是它的題獻：“我們把這本書獻給我們的公民同胞，他們出于對真理的熱愛，節(jié)衣縮食、付出捐稅、饋贈禮品，還不時派出他們中的成員作為獻身的仆從，來推進這項探索——探索我們的家園，這奇異而美麗的宇宙，揭開它的奧秘，探明它的神妙至簡。”

所以就是這么回事。我們得到了社會的支持。我們做的不是把食物放到桌子上之類的事情。但是一個健康的社會有足夠的資源來供養(yǎng)一些音樂家、藝術家和科學家。有些科學家可以帶來直接的、可見的、經(jīng)濟層面的收益。另一些科學家則不行。我們中的某些人更接近音樂家和藝術家。所以我們作為一個學科整體必須回饋社會。這是我們事業(yè)中絕對的核心部分。

你是一個偉大的科學衛(wèi)士，公開反對偽科學論者、智能設計者，等等。在某些比較憤世嫉俗的時刻，我會想，你何必費這些力氣呢？

確實有很多人的思維已經(jīng)固化了。與之相關性最強的因素是年紀：他們多大歲數(shù)了？對于超過一定歲數(shù)的人，他們已經(jīng)聽不進你的話了。但你確實能說動年輕人。他們還沒有僵化。我不認為自己是個傳教士或辯論手。我只是想幫助人們理解，讓他們自己做決定。好消息是，一旦你這么做了，他們通常會被引向有益的方向。

科學和宗教是否如史蒂芬?古爾德（Stephen Gould）所認為的那樣，是“互不重疊的權威”？

我完全不認可“互不重疊的權威”這個理論。我認為這兩個領域是高度重疊的。世界由什么構成、如何運作、有什么目的——看待世界和上述相關問題的方式中，有許多都同時屬于科學、宗教和精神領域。它們在某些地方重疊，在另一些地方則不然。宗教是一套更為全面的觀念，涉及道德、社會和行為，但科學對這些方面只字不提。可是宗教也討論現(xiàn)實的本質，而科學對此也有自己的看法。

科學和宗教具體在哪些地方重疊呢？

宇宙為什么存在？為什么世界常有，而非常無？一個科學角度、甚至是現(xiàn)代哲學角度的答案可能會是“這個問題不需要任何答案”。但宗教的論點不會這樣告訴你。它們會說“不，我們需要一個解釋”。根據(jù)萊布尼茨等人的理論，我們必須遵從充足理由律。總之，它們很不一樣。

我告訴我的同事這些是因為，現(xiàn)代物理學家和哲學家對宗教保持沉默是件很奇怪的事，尤其是那些研究基礎形而上學、本體論、量子力學或時空的物理學家和哲學家。正如我所說，在這些領域，我們所做的并非制造出更好用的智能手機。我們并非在治愈癌癥。我們與大眾的日常生活在哪里重疊？在現(xiàn)實的本質，也在以下這個事實：這個世界作為一個沒有任何超自然存在支持的、遵循規(guī)律的系統(tǒng)運轉自如。當你理解了科學，你就更容易理解自然選擇或是宇宙大爆炸的起源。而這可能會影響你對上帝存在之必要性的看法。

誰是物理學界第一位優(yōu)秀的科普作家？

我們的情況很特殊，物理學早期的科普先驅之一名叫伽利略。我的意思是，偉大的通俗物理學寫作是物理學的發(fā)明，而伽利略真的很擅長這個。甚至愛因斯坦也很擅長解釋事情。再后來，涌現(xiàn)了理查德?費曼（Richard Feynman）、喬治?伽莫夫（George Gamow），以及卡爾?薩根（Carl Sagan）這樣的人，不過薩根的風格不太一樣。所以我們一直有這個傳統(tǒng)。我們不需要“發(fā)明”它，但我們確實需要提醒自己，這種傳統(tǒng)很重要，它需要被重新發(fā)現(xiàn)、理解。

大眾科學的問題出在哪里？

它的問題和任何與流行或是媒體相關的東西一樣，在于它會聳人聽聞。它希望一切都是最新的、最厲害的?；ヂ?lián)網(wǎng)的出現(xiàn)改變了世界。但在過去，如果你想寫一些有助于解釋某個概念的內容，你需要一個新聞做引子起頭，然后再解釋。除非發(fā)生了什么新鮮事，否則怎么會有人關心科學呢？但要我說，即便最近什么都沒發(fā)生，相對論仍然是正確的。

存在著這樣一個“生態(tài)系統(tǒng)”，身處其中的研究人員希望得到關注。他們想得到補助金。他們所在的大學里有媒體關系部門。他們想夸大自己的研究。自然，記者必須對專家的說法有一定程度的信任。但是你也必須找到未參與這項研究的人核對信息，你必須認真對待他們的警告。

我是科學寫作和科學新聞的忠實信徒。正如我所說的，我不認為每個科學家都應該致力于科普工作。我認為有些人應該這么做，但是幾乎每個科學家都有一些手頭正在做的有趣工作。

因此，優(yōu)秀的記者有很多事情要做，他們要思考科學家們手頭的工作有趣在哪里，而不僅僅是關注那些最有魅力的科學家正參與的研究。他們必須讓這項研究變得可解釋、可理解，并在一定程度上講述一個“與人相關的故事”。我非常相信以人為本的故事。人類、人性應該得到強調。

但你必須權衡。如果只有人本故事，那就違背了科普的目的。在科學新聞中有一些名人新聞所沒有的額外內容?？茖W新聞的另一個特別之處在于科學家能夠解釋某些事，而記者或作者的工作在于翻譯這些解釋。正如我們之前所說，這種翻譯通常會涉及類比或推斷，因此也有可能出錯。所以，對我來說，相比政治新聞或者名人新聞，科學新聞更加需要反復對話。

我記得第一次有記者寫我的成果時，我還是個研究生。當時，我在研究的項目主題是“可否在簡化的三維時空中建造時間機器”。記者采訪了我們，并正確地理解了我們的研究。在文章的某個地方，他們提到了一個封閉的宇宙。編輯在試圖解釋時，補充了一句話：“一個封閉的宇宙是一個會膨脹然后坍縮的宇宙?！钡谌S時空中事實并非如此；在四維時空中才會這樣。他們在把這句話放進去之前沒有和科學家確認。

記者是寫作和解釋的專家?？茖W家是做科學研究的專家。因此，他們之間需要以一種不同于經(jīng)濟學或政治學報道的方式進行團隊合作。

然而，我們不能一味地相信你的話。正如你所說，我們必須和其他科學家驗證你說的內容，甚至去找到和你觀點相反的證據(jù)，并自行判斷如何最完善地告知讀者。

所以你才能賺到那么多稿費嘛。

資料來源 Nautilus