Lee Smolin 不相信所谓的科学方法

Lee Smolin 是理论物理学家，圈量子引力（loop quantum gravity）的共同创立者之一，也是《物理学的困惑》和《爱因斯坦未完成的革命》的作者。Lex Fridman 以一个最容易却也最难的问题开场：什么是真实的，我们又如何把真实与人类感知和想象的产物区分开来？Smolin 的第一个回答是：我们并不知道。他的信念，说着说着就从科学滑进了形而上学，是这样的：存在一个独立于他的存在、他的经验以及他对它的认识的世界。他把这个世界称为真实世界。这种立场就是实在论。

Fridman 问，认为一切存在都是心灵的创造，视觉皮层的建构就是现实，而外面的东西永远无法把握，这是不是疯狂的想法。Smolin 说，这种想法的某个版本一点也不疯狂。我们的经验是大脑主动建构出来的。“我们看到的并不是真实世界，”他说，“我们看到的是经过大量加工的世界”，而这一切都经过他称之为“了不起”的那个器官处理。

他仍然相信，在这种经验——那面镜子或那层面纱——背后，存在一个真实的世界，而他对它充满好奇。在他看来，我们如何获得对它的感知，并不是在物理学与某种源自猿类祖先的直觉之间做选择。我们和山洞里的人，甚至山洞出现之前的人，处境是一样的：充满好奇，需要解释火和食物，也会情不自禁地抬头看太阳和月亮。我们编故事，也编解释。这是人类的出发点，而不是什么实验室的操作规程。

Smolin 认为，有两件事对人类来说确实如此。我们必须活下去，所以判断得很快：那是不是老虎？我们是在信息不完整的情况下行动的。而且我们常常出错——或者至少有时出错，而这对他的论证来说已经足够。我们很容易欺骗自己，也很容易欺骗别人。讲出来的故事很多，有些确实带来了实际的好处，有些则没有。如果你是实在论者，那么“正确”就不是一个二元的东西。它是一个相对的尺度：你越接近对那个独立世界的精确描述，就越正确。

科学方法能告诉我们离真理还有多近吗？答案是否定的，理由有两条，其中第一条是：Smolin 本人并不相信科学方法。在研究生时期，他受到了 Paul Feyerabend 的影响。Feyerabend 是 Karl Popper 的学生，他用逻辑和历史实例论证说，所谓科学方法并不存在。随便举出一条被认为属于科学实践一部分的规则，比如你的理论必须与已有的全部数据一致，Feyerabend 都能找出一些时候：为了让科学整体上取得进步，某位科学家不得不违背这条建议。这件事远没有那么简单。

Smolin 用来取代它的，是社会学的与伦理的东西。科学是一个受一套准则约束的人群共同体：无论结果是否符合你的假设，都要如实报告。训练的主要内容是各种检验方法，因为我们非常容易出错，所以在数学和实验两方面都有工具，用来反复核对、三次核对。你不能随便从街上走进来，就宣布自己是科学家。结束训练的标准，是你能否提出一个令人信服的论证，让同行无法用“你查过这一点了吗？”和“这个矛盾怎么解释？”把它驳倒。当你能拿出这样的防御性论证时，他们就会授予你学位。你仍然会受到质疑，你也仍然可能发表有错误的论文，但共同体会在修正这些错误上浪费更少的时间。

这个共同体的实践，与大众心目中的方法理想之间的差距在于：实验与假设之间并没有简单的对应关系。伽利略从塔上扔下一个球，它落在塔底。亚里士多德派说，当然会落在塔底：这说明球下落时地球是静止的。伽利略则说不对：惯性原理让球获得与地球相同的运动，于是塔、球和地球一起运动，球就落在塔底。同一个观察结果，被两种相反的理论都拿来当作支持。你必须拼起一大批彼此相连的案例，并且费很大力气把它们对齐。从亚里士多德的物理学过渡到新物理学，用了几个世纪。直到 1687 年牛顿，这一转变才算完成。

在长时段的意义上，Smolin 并不是一个相对主义者。一个世纪又一个世纪，科学家们提出的想法，工程师都能把它们变成火箭、计算机和改善生活的各种东西。不过他希望时间线要标准。1880 年代末和 1890 年代起，到 1930 和 1940 年代，发生过一场部分成功的科学革命，其中一些历史延伸到了 1970 年代：相对论、电磁学、物质由原子构成的确认、原子核与电子的结构，以及从二十世纪初开始、到 1920 年代末基本成型的量子力学。Fridman 心中想到的那些技术，正是建立在这场部分革命之上的。电气技术的发展，与美国和欧洲城市的电气化密切相关。

1970 年代初以来的基础物理，没有这样的故事。它没有一连串的胜利与进展，也没有实际应用。Fridman 追问时，Smolin 说，早期量子力学以及电磁学的那些关键预言，确实离不开实验验证。后来的停滞，并不是反对实验的论据。它只是一个事实，说明这个共同体拿出了什么，又没有拿出什么。

对 Smolin 来说，实在论者相信一个独立于我们的存在、知觉、信念或认识之外的外部世界。作为物理学家的实在论者，则相信在基本层面上，每一个过程都应当有一个完全客观的描述，准确说明发生了什么、为什么发生。这听起来像决定论：没有那种你永远摸不到底的模糊魔法。他指出，有些人对决定论并不感兴趣，他们能接受一个基本层面上带有一些机缘的世界。他自己也能接受。被问到上帝是否掷骰子，他说，实际情况恐怕比这还要糟。理论会改变，而且可能毫无预警地改变。未来是开放的。如果基本定律本身也会改变，那么就不存在一份等待被找到的、静止的终极事物清单。

人类心智在使事物变得真实这件事上，是否起作用？Smolin 把这个问题拆开来看。他不认为我们的知觉能使事物成为真实的——不过，答案取决于一种自然主义的实在论观点能否为意识留出位置。他希望它能做到，但也明确表示，它目前显然还做不到。对于反实在论一方，他拒绝充当各派的学术裁判。量子物理的创立者，是非常聪明的人，他们生活在两次世界大战之间那个危险的年代，当时的文化潮流正朝那个方向涌动。按 Smolin 的转述，玻尔的观点是：科学的目的，并不在于描述离开我们之后的自然会是什么样子。科学其实是人与人交谈的延长线，它的作用是描述我们怎样与自然打交道。如果粒子、波、因果性、时间和空间这些词有用，并带有某种直观含义，我们可以自由地发明它们。但我们不应当相信它们与一个没有我们的自然相对应，而对那样的自然，我们什么也说不了。

既然他已经说过，人类是讲故事的动物，那么这些观点是否让他信服？他说，当然有。他只是希望相信，我们的目标是另一件事：这些故事最终会引领我们发现真实世界本来的样子。我们会不会到达那里？如果到达了，我们能否知道？他说，这是 5000 年以后的人才需要回答的问题。我们现在肯定离那里还很远。

即便借助物理学的工具，源自猿类的生物心智能理解的东西，是否有上限？Smolin 又说，要等 5000 年以后。他不是在每一点上都同意 David Deutsch，但他很欣赏 Deutsch 在最近一本书里对这件事的论证：探索，某些语言、数学和计算的普适性，以及一个论点——因为符号系统能够指涉自身，所以我们对外部事物的理解，在可能性上具有普适性。Smolin 欣赏这个论证。到目前为止，我们做得还不错。是否存在上限，要拭目以待。眼下，还有很多东西可以去玩味。

有些机会，其实就摆在眼前，只是我们没有看见。他引用了朋友 Eric Weinstein 的一段话：爱因斯坦拎着行李，弗洛伊德拎着行李，马克思也拎着行李，Martha Graham 拎的也是自己的行李。这些天才都拎着行李，直到相对不久前，才有人想到在箱子上装个轮子拖着走。那个轮子，几个世纪以来，一直就在那儿，等着有人发明。Smolin 每天早上醒来都会想：我为什么不能成为那个拖着箱子穿过机场的人？

要做到这一点，需要什么？他起步时离物理学还很远，他读了许多传记，从爱因斯坦和伽利略开始读起。有一部分靠的是恰好身处对的时间和对的地方。有一部分靠的是执拗和傲气，而这些很容易走偏：速度稍微不对，角度稍微不对，就是失败的路径。拿捏好自信的分寸，你才能守住别人放手的那个问题。他认为，爱因斯坦追问自然本性的那股狠劲与投入，超过了他那个时代的其他人，所以他问出的问题更加执拗，也更深。另外还有天赋，一部分是天生的，一部分是后天培养的，就像音乐天赋那样。至于他自己的自信，他没有定论。他已经做出了他能做出的贡献。更多的自信能否让他走得更远，他不知道。他认识一些人，他们的自信远远超过他，有时他觉得他们有这个资本，有时又觉得并非如此。

完成爱因斯坦未完成的革命，是 Smolin 一辈子都在努力的事。未完成的工作，是相对论——尤其是广义相对论——与量子理论这两场革命。Smolin 提醒 Fridman，爱因斯坦也是量子力学的奠基人之一，尽管人们并不总是把他和量子力学联系在一起。1935 年，他就已经看出，要解决光子的波粒二象性，需要一种截然不同的理论。起初，他完全不相信 1920 年代末的量子力学。后来，他确信它是自洽的，但并不完备。Smolin 也持这种看法。出于种种理由，它需要额外的自由度、粒子、力，或者别的什么，才能对每一种现象给出完整的描述。他说，实在论要求的正是这一点。

最让他耿耿于怀的，是测量问题。他不替爱因斯坦发言。不过，量子力学的标准表述里，态随时间变化的方式有两套：当无人观测、没有任何测量进行时，一套规则起作用；而当测量与观察真正发生时，另一套规则接管。两套规则大体上彼此抵触。这就是测量问题的大众版，单凭这一点，就足以让理论显得残缺。

这场革命未完成的第二个原因是：没有人真正弄清广义相对论与量子理论之间的关系。广义相对论是我们关于空间、时间、引力和宇宙学的最好理论，而量子理论则是另一套体系。大体上，广义相对论描述大尺度的东西，量子理论描述小尺度的东西。两套工具都极其强大，却是两个完全独立的体系。如果你相信按现在的理解，量子力学是正确的，那就要把广义相对论或它的某种推广带入量子领域：把引力量子化。如果你和爱因斯坦一样，认为量子力学需要被完成——这也是 Smolin 的看法——那么找到正确的完成方案，一部分就在于找到一种能把时空和引力纳入其中的方案。

被问到什么是时空，Smolin 没有给出教科书式的回答。他认为，时空是我们对宇宙中事件所做的一种智识上的建构。事件是真实的，事件之间的因果关系也是真实的。存在一个带有度规和联络、满足爱因斯坦方程的四维光滑几何，这一想法在某个尺度上是一个很好的描述，它捕捉到了自然界中正在发生的某些东西，是一种很好的近似。但他一刻也不认为它是基本的。所谓基本的，是指无论往下追到多深，它都仍然是描述的一部分，并且真实到不能再真实。在他看来，时间是基本的，并且一直延伸到最底层。空间不是。广义相对论中我们称为时空的那个组合，也不是。

时间的活动，就是由已有事件不断生成新事件。若没有事件，就没有时间——那时不仅没有时间，连“什么都没有”也无从谈起。宇宙的历史是一段朝向过去延伸的历史。未来并不存在。有“现在”和“过去”的概念，而所谓过去，就是那些在我们的过去中发生过的事件的故事。在这个层面上，事件是原始概念，无法用别的东西来定义。在广义相对论里，它看起来像是两个粒子的轨迹相交，或者某个东西沿着一条路径发生了变化。在基本层面上，它是一种基元的发生，并且与能量及能量交换有关。

他一直在发展的这套关于事件的理论，是合作的成果，他希望把合作者的名字写明。大约从 2012 或 2013 年前后起，Marina Cortes 就一直是因果性研究的核心人物。在那之前，哲学家兼法学教授 Roberto Mangabeira Unger 对他的思考有很大影响。在这幅图景中，事件生成其他事件，但事件并不生活在空间里。它们之间有一个彼此导致的先后次序，而这种次序正是时间本性的一部分。空间是一种涌现的性质：它出现在比基本层面更高的复杂层次上，无法直接由基本事物的性质推导出来。在一个足够复杂的宇宙里，三维位置会涌现出来。他说，在一些模型里，他们已经在计算上和解析上都看到了这一过程的细节。

定域性是一种令人安心的观念：你只能影响身边的事物，而不能影响远处的事物。牛顿当年对超距作用的那种不安，也与此相同。Fridman 说，如果定域性不是基本的，那似乎有些疯狂。Smolin 的第一步是区分定义。在量子场论这一狭义相对论与量子力学的结合中，有一个精确的定义：对应于类空间间隔事件的场算符彼此对易。这是理论的一条性质，它符合那种直觉：场中的事物更容易影响附近的事物，而不是远处的事物，并且它也经受了充分的检验。

还有另一种定义，由爱因斯坦提出，又被 John Bell 加以精确化，经过实验检验，结果被证明是不成立的。两个粒子可以相互作用，然后共享一种并不属于任何单个粒子的性质：纠缠。把它们分开。一位观察者测量粒子 A，另一个人测量粒子 B。贝尔定域性假设：B 的任何实在性，都不受人们在 A 上选择测量什么的影响——影响的不是结果，只是选择本身——因为两个系统是类空间间隔的，任何关于选择的信息要过一段时间才能影响到 B 的实在。由这一假设出发，可以推导出某些关联函数必须满足的一个不等式。

用成对的光子或其他粒子，可以相当直接地检验它。结果与它偏离了许多个标准差（sigma）。这意味着，爱因斯坦所把玩的那种定域性定义是错误的。这意味着，那种认为 B 的任何实在性都不受 A 上测量选择影响的说法，并不成立，哪怕两个粒子已经以接近光速或光速彼此远离了很久。实验已经在几十公里到两百公里左右的距离量级上完成；Smolin 记不清究竟是 25 公里还是 170 公里。在他看来，把因果性作为基本的，并与这种定域性决裂，是完成这场革命的关键一步。

我们该如何完成这场未完成的革命？Smolin 只能说自己在尝试什么、放弃了什么。他只是蚁群中的一只蚂蚁，也许这就够了。人们提出过不少漂亮的理论，它们与量子力学和量子引力有关，其中许多值得钦佩。据他的理解，它们没有一个能彻底解决他所关心的问题。对学生而言，这种局面要么令人恐惧，要么充满机会：十几种尝试，他认为没有人预料到其中任何一种能一路走通。每一种都部分奏效，然后撞上一个没人知道如何绕过的问题。

他的反应有两个方面，第一个是社会学的。围绕其中一些路线，已经形成了不同的共同体。借用 Eric Weinstein 的比喻，他们各自坐在理论版图的山头上，互相扔石头。Weinstein 说，需要的是人们走下山头，来到山谷，彼此交谈，变得友好，并学会说：你的想法能走到这一步；但也许把它和我的放在一起，我们能走得更远。本着这种精神，Fridman 提到了 Sean Carroll。他是 Smolin 的朋友，也是多世界诠释（many-worlds interpretation）的公开支持者。Smolin 很喜欢 Carroll，称他是一位善于表达的科学大使，认真对待哲学，并且功课做得扎实。奇妙的是，他们两人却常常站在对立的两边。这很有趣。

多世界并不吸引他。它没能回答他想回答的那些问题，他的态度因此很强硬：当他开始寻找原理时，第一条就是：世界只有一个，而且只发生一次。他仍然反复思考它，也为它伤过脑筋。埃弗雷特（Everett）的诠释砍掉了量子演化中的测量那一半，只保留平滑的薛定谔演化——但概率恰恰存在于被你扔掉的那一半里，而实验物理学家正是用概率来检验理论的。你或许可以尝试数一数分支，并由此还原频率；埃弗雷特确实朝这个方向提出过论证，但当可能性有无穷多种时——大多数量子系统就是如此——问题会变得十分微妙。据 Smolin 的理解，埃弗雷特自己的方案并没有行得通。

退相干可能是相关的，而且埃弗雷特之后有不少人尝试构造多世界版本的量子力学。这件事很微妙，并不是 Smolin 擅长的那类东西，所以他去请教了别人；这也是他的书里有一章讲埃弗雷特、另一章讲这个问题的原因。在牛津，Simon Saunders、David Wallace、Harvey Brown 和 David Deutsch 花了多年时间，做了一次精巧的尝试。大意是：也许根本就没有概率；但如果埃弗雷特的故事是真的，而你生活在那个多重宇宙之中，你会怎样下注？他们借用概率和赌博的决策理论，来塑造这个故事。在 Smolin 写书收尾时，他去问过情况，Saunders 和 Wallace 告诉他，他们还不确定其中任何一个方案是正确的。Carroll 有他自己的路线，涉及自定位观察者；Smolin 试着读了一下，没有认真研究，也没有和 Carroll 交流，因此在书里没有什么可说的。

Smolin 对停滞的反应，另一半是方法论上的。当他对量子引力感到非常挫败时，他就回头去读历史。爱因斯坦的成就是一堂很大的课，某种程度上也是一个榜样。Smolin 说，很明显，爱因斯坦认为，一个人进入理论物理时，第一要务是发现并发明原理，然后再构造模型，说明这些原理如何在某种实验情境中应用，而数学正是在这一步登场的。在爱因斯坦之前，并不存在统一的时空概念，是他提出了这一概念。对他来说，它是自己那些原理、那些公设的一个模型。

Smolin 目前的看法是，我们并不知道量子引力的原理。他能想到一些候选者，也写过论文讨论它们。他相信，那些部分成功的路线，都是模型，它们或许能在某个领域、某个方面描述某些量子引力现象，但它们最终之所以重要，是因为它们在为原理建模。首要任务是把那些原理写下来。这就是他正在采取的路线。

《物理学的困惑》出版于 2006 年，使 Smolin 成为一个有争议的人物。在付出了这么多工作之后，作为作者，他不能说自己被误读了；但许多并未直接卷入其中的评论者——甚至一些从事弦理论研究的人——都告诉他，他们认为这本书是公允、平衡的。他最初的目的被一场本就艰难的争论带偏了。他原本想写的是科学作为一个受伦理约束的共同体是如何运作的。他起草了一本相当学术化的书，前三分之一讲方法论，之后才是案例研究，其中一个案例是对量子引力和弦理论的探索。这本书出版不了。有人建议把它倒过来写，从弦理论的故事开始，而这一故事在 2004 年和 2005 年就已经很有争议了。他说，自己当时很谨慎，只批评论文，不批评人。

让他担心的图景是具体的。起初有五种弦理论，或许可以统一成一种；从中可以打破对称性，还原标准模型，并预言质量、电荷和耦合常数。后来人们找到了一批解，每一个解对应一种不同的粒子物理——丘流形（Calabi-Yau manifold）。再后来，没有人能确定，版本已经多到几十万种。他的朋友 Andy Strominger 找到了一种办法，把一种叫作挠率的数学曲率放进这些解里，写了一篇关于带挠率弦理论的论文，却发现自己想不出计数或分类它们的办法。Strominger 写道，这令人担忧：用老办法做唯象学，也就是通过求解理论来做，是行不通的，因为无论预测什么，都会有大量的解。他们谈过这件事。Smolin 开始真正担心起来。

他试图亲自解决这个问题。那段时间他读了很多生物学和进化论，并借用了 DNA、蛋白质或物种的适应度景观这一概念。他提出了一个情景，叫宇宙学自然选择（cosmological natural selection）：整个宇宙可以通过类似自然选择的方式演化，从而找到标准模型的各种参数；定律以一种呼应自然选择的方式发生变化。他于 1988 或 1989 年写下这篇论文，1992 年发表，并把它作为 1997 年出版的书《宇宙的生命》的主题。由于会有一个由谱系相连的宇宙系综，几乎每一个宇宙都会具有一个性质：它的适应度被最大化，或接近最大化，由此便可以推导出可检验的预言。他把它与人择原理作了对比，后者无法做出检验，也无法被证伪。

这也是他既研究弦理论又研究圈量子引力的原因。他坚信关系性的、与背景无关的原理，因此他尝试把弦理论改造成与背景无关的理论；他发展出来的工具可以直接应用到广义相对论上，这就形成了圈量子引力。在他心里，两者始终密切相关。把社群分成弦派和圈派，这种划分从来就不是他划的。就他所知，他对弦理论的诊断大体上站得住脚，只是低估了一些应用。他对 2006 年那本书的遗憾在于：同样的批评，也适用于科学中的许多其他共同体，包括他自己所在的群体——在弦理论之外研究量子引力的人。他考虑过明确说出这一点。那是一个小而亲密的圈子，说出来就意味着要讲故事、点名字，并且写下一段他没有资格去写的历史。他没有这样做，结果被误解了。

Fridman 请他就整个共同体，给二十一世纪的理论物理送一句充满希望的话，而不只谈 Smolin 自己在因果性和非定域性方面的工作。Smolin 的第一个希望很直接：解决科学中这个未完成的问题。这是他最在意的事。不过，在与他共事的年轻人中间，他常常听到，也感觉到，他们对老一辈科学家之间的那些争论已经全然没有兴趣，而对彼此在做什么，却很有兴趣。

这种变化开始在学术会议上显现出来。对量子引力感兴趣的年轻人，组织会议，邀请圈论、弦论、因果动力学三角剖分以及其他各路派别。节目录制后的那一周，圆周理论物理研究所（Perimeter Institute）就有一场沿着这个方向的小型研讨会；夏天，还有一场大型会议，直接就叫量子引力——既不叫弦，也不叫圈——邀请了来自各个不同阵营的组织者与讲者。对 Smolin 来说，这很有帮助。不同的想法正在走到一起，至少人们已经表现出对此的兴趣。节目结束时，Fridman 留给听众一句 Smolin 的话：一种可能是，上帝不过是宇宙自我组织的力量。