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劳伦斯·克劳斯:物理学需要哲学,但不需要哲学家!
作者:Lawrence M. Krauss | 2020/6/29 4:58:02 | 浏览:20 | 评论:0

 

劳伦斯·克劳斯:物理学需要哲学,但不需要哲学家!

△劳伦斯·克劳斯。图片来源:krauss.faculty.asu.edu他是物理学家,成就卓越,曾预言宇宙的大部分能量都储存在真空中。他写过九本畅销书,第十本即将出版,包括大受欢迎的《星际迷航的物理学》(The Physics of Star Trek)——我读了这本书才知道,企业号需要燃烧自身质量81倍的燃料才能加速到光速的一半。他谈论哲学——“物理学需要哲学,不需要哲学家”。他也谈论宗教,给《纽约客》撰文的题目是《科学家都应该是战斗的无神论者》。他总是有话直说,偶尔还引起争论。在对话中,我明显能感到他喜欢说些直接或不敬的话。不过更重要的,是他对科学的爱,以及他对科学方法的看法。他认为,科学方法不仅仅是一件实用的工具,更具有文化的价值,需要我们的传播和辩护,哪怕会引发论战。如果有看不懂的段落,可以跳过,但不要退出……因为后面你看得懂的段落,都会非。常。劲。爆。▲问:为什么将引力和自然界的其他力统一会那么困难?答:其他作用力的理论都具有一些美好的特征:虽然(无限多个)量子涨落从理论上看会产生无穷大的贡献,使你无法用那些理论来做计算。但是这些理论中还存在一种对称性,使我们得以驯服那些无穷大的贡献。你可以把无限大的贡献都忽略掉,并得出行之有效的预言。但是在广义相对论中,它的数学公式使你不能忽略这些无穷大。在某些水平上,量子力学对广义相对论的贡献是无法驯服的,计算结果没有意义。这是因为广义相对论的数学本质使然,这是它的一个特征。另一个问题是概念层面的:如果空间和时间是广义相对论的变量(它们的确是),那么从概念上说,提出一个描述时间和空间的量子理论将是非常复杂的。但现在看来,这并不是问题的关键。问题的关键还是在数学层面――你得保证引力场在微小尺度上的无限多涨落不会毁掉广义相对论,而现在它们确实在毁掉这个理论。正因为如此,我们才确信广义相对论还不足以完全解答引力问题。当你研究的尺度越来越小时,这个理论就和其他所有理论一样,需要修正。现在有两种可能:一是用一种本身依赖于尺度的量子理论来修正广义相对论。二是用类似弦论的东西来修正广义相对论,得到一个最终理论,可以在从零以上的各个尺度上解释宇宙。我说的不是弦景观(landscape)。在大约是10^-30厘米的尺度时,引力就会体现明显的量子效应。于是我们讨论的就是,你是否能找到一个从10^-30厘米到0的尺度上描述宇宙的理论。我的朋友弗兰克·韦尔切克(Frank Wilczek)说过,弦论并不是一个关于万事万物的理论(a theory of everything),它是一个关于近乎虚无的理论(a theory of almost nothing)。答:弗里曼·戴森(Freeman Dyson)是一位富有才华的物理学家,也是个异见分子。他已经90岁了,但近年来依然做了一些研究。我们在新加坡参加一次会议时他指出了一件事:我们并不能确定引力能够量子化。电磁波可以量子化,因为我们知道世上存在组成电磁波的量子:光子。此刻它们正朝我们飞来,照在我的脸上,也钻进记录这次访问的摄像机里,我们还能测量到它们。自然界中所有的作用力都存在对应的量子。如果引力也是一个量子理论,那么一定有一种传递引力的量子在发生相互交换,我们把它们称为“引力子”(gravitons)。它们是引力波的量子化的结果,就像光子是电磁波的量子化结果。但是弗里曼指出,我们还没法在地球上开展实验测量引力子。他可以证明为什么办不到:要做到这一点,你必须聚集巨大的质量,还没来得及实验,就会塌缩成一个黑洞。所以他说,我们根本不可能测出引力子,也不可能知道引力是不是一个量子理论。我对这个问题的理解都在我和弗兰克联名的论文里写清楚了:我认为宇宙的行为仿佛一台引力子探测器,早期宇宙的一些物理过程会产生一种我们今天可以观测到的现象,即引力波。然而只有量子引力存在,这些事情才有可能发生。如果引力无法量子化,我们就无法观测到这些来自极早期宇宙的引力波了――BICEP(宇宙泛星系偏振背景成像实验)的研究者所宣称的发现。现在我们知道,BICEP发现的未必就是极早期宇宙的引力波。但如果极早期宇宙确实发生过所谓的“暴胀”(inflation)、也确实产生过引力波,那么我们就能断定引力是一种量子理论了。因此,量子引力的方方面面,未来的理论物理学家都必须做出解答——假如未来几代的理论物理学家都能保住工作的话。答:结果会是21世纪的新的天体物理学。我们正在制造的引力波探测器就是为了达到这个目标,有了这些探测器,我们就能看到黑洞形成的一瞬间以及黑洞相撞的情景。也许这些微弱的引力波会不受阻挠地从极早宇宙传播到现在,使我们了解宇宙诞生10亿亿亿亿分之一秒时的样子,而那个时刻已经很离大爆炸很近了。我们将会看到黑洞的形成,看到中子星相撞。我们甚至不知道自己还会看到什么。那都是大量物质参与的大毁灭事件,爆炸或塌缩伴也会产生引力波。如果广义相对论是正确的,那么一个黑洞在形成的最后阶段就会以引力波的形式放出巨大能量,而我们或许就能看见这些波动。当两个黑洞撞击并结合成一个更大的黑洞,或者当两枚中子星撞击形成一个大型黑洞,也会产生大量引力波――我们应该能够见证这一点,我们还会了解广义相对论的性质和强引力的规律,还有黑洞的许多性质,以及我们平时无法看见的宇宙中的其他天体。▲问:你还在钱包里带一张卡片、向别人证明大爆炸确实发生过吗?答:是的,当然。我之所以要这么做,就是因为像你这样的人会问我这个问题。大爆炸真的发生过。我希望有一天能向本·卡森(Ben Carson)解释,但我觉得他不会懂。(译注:本·卡森,美国总统候选人,曾说过大爆炸是一个童话。)

劳伦斯·克劳斯:物理学需要哲学,但不需要哲学家!

我的卡片比较了从大爆炸出发预言的各种轻元素的含量――氢、氦和锂。我们预言它们的丰度相差10个数量级,比如宇宙的25%是氦,还有100亿分之一是锂。你如果对比观测数据、也就是这里的一条细线,就会发现它们和预测完全吻合。我们从大爆炸出发对轻元素丰度的预测,和观测的结果是相吻合的。在我看来,这是说明理论正确的最有力证据。答:在我们生活的这个社会,大众对基础科学没有任何文化上的欣赏。我们关于宇宙的发现是人类最奇妙的成就,可是有的人却对真相如此畏惧,因为真相可能违背他们既有的信仰,他们就此对真相闭目塞听,这是很令人担忧的。如果这仅仅是关于大爆炸的,我还不会在意。怕就怕越过了这一步,人类就会一路滑坡,直到不相信演化论、不接受世界的本来面目、反而根据2000年前铁器时代农民的所谓智慧来制定愚蠢的法律……我认为这是我们这个文化在许多方面中体现出来的一个病征:你可以随便说谎而不受处罚,人们宁愿相信自己想要相信的东西、而不是接受对自己不利的现实,无论在意识形态还是宗教上,都是如此。就像戈尔所说的那样,真相有时是令人难堪的。面对真相,许多人宁愿埋头在沙子里――或许很快就要埋头到水里了吧。科学传播已经有很长的历史了,但是在我看来,传播科学成果的需求在这些年里变得越发迫切了,这个时代,全世界的人类都在危害地球,我们再也不能无视科学结果了,因为那样会让我们遭殃。▲问:你在年轻求学的时候遇见过大物理学家理查·费曼。他对你有什么影响?答:当年我还是个年轻的大学生,在加拿大参加了一个物理学本科生的组织,费曼到我们的会议上发表了一次讲话。我带着女朋友一起去听讲了,她是那里少有的几位女性之一,于是费曼花了许多时间与我交谈――还有她。我整个周末都在和费曼说话。他还教我怎么跳舞。这对于一个年轻人是一次奇妙的经历。欣赏他的谈吐,阅读他的文字,对我真的影响重大。我当然不是受他熏陶的唯一一个,但是我要说:他在谈论科学时传达的那份喜悦,也是我想在谈论科学时传达的。除了喜悦,还有勇敢——是的,他的勇敢同样重要。他鼓励我多冒险,我也真的那样尝试了。我有幸写出这本书有一个原因:许多年后,在哈佛任教的我在加州理工学院发表了一次讲话,费曼在研讨会上问了我一个问题,事后还走上来和我交谈。我急着要告诉他我就是当年的那个年轻人,但有个讨人厌的年轻助理教授老是缠着我,后来费曼走了,我想,好吧,下次见面再说。可后来他就死了,我再也没能和他说上话。错过这个机会,真是可惜。我写这本书,也可以说是在向他道谢,因为我没机会当面跟他道谢。

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△“费曼大神,我是你的死忠粉啊!”-“朕知道了。”图片来源:lh4.ggpht.com

▲问:说说你和哲学家大卫·阿尔伯特(David Albert)的交流吧。答:我和他从未有过交流。我写了一本关于宇宙学的书。而他写了一篇评论,评的是他希望我写的一本关于宇宙学的书。在我看来,这两本书压根不是一码事。他的书评写得刻薄,但是他并不理解我实际写了什么,就连“宇宙学”这个词都没有提起。这篇书评引起了一些轰动,但我觉得很平庸。如果他是个英语系学生,我会给他打C-。要写书评,那就应该围绕着一本书来写。据我的记忆,他真正评论的是只有理查德·道金斯给我写的跋。那部分也写得不好,如果我是英语系教授,也会给他不及格的。答:每个人都在从事哲学,科学家当然也不例外。哲学就是批判推理、逻辑推理和分析。在这个意义上,物理学当然需要哲学。问题是:物理学家需要哲学家吗?我看已经不怎么需要了。以前是要的。早先的物理学家自己就是哲学家。当问题界定不清时,哲学是很要紧的,于是从自然哲学中产生了物理学。但是物理学已经摆脱了哲学。现在,就连科学哲学家的工作也已经和物理学家的工作没有多少关系了。物理学当然需要哲学,只是不需要哲学家罢了。物理学家自己就在从事哲学,只是没有文凭。他们提出问题、批判分析、区分不同的假说、运用逻辑――这些都是重要的哲学活动。所以我不是要贬低哲学,因为这是我们切切实实从事着的工作,而且哲学在生活的许多方面都很有用处。我最近在讲台上和诺姆·乔姆斯基(Noam Chomsky)长谈了一次哲学,这个月还要和我的朋友、著名哲学家彼得·辛格(Peter Singer)对谈一次。他们提出的问题对人类活动的许多方面都饶有趣味。只是对物理学没有影响。▲问:在你的著作《虚无中产生的宇宙》中,你问了“无”中是如何产生“有”的,你自己的回答是,“无”并不是我们想象的那种无。这是在逃避问题吗?答:不,我只是变换了问题,这没有什么不对,科学里常这么干!我的意思是,这就是我们所说的“学习”,有的人因为我们改变了“虚无”的意思而生气,但我们同样改变过“光”的意思,因为我们发现了光是由光子构成的。学习就是这么一回事。我们现在知道,“虚无(nothing)”是一个非常微妙的概念。我的意思是,它从来就没有过一个较好的定义。有宗教人士反对我对虚无的定义,但他们大多数人自己也没给它下过定义。他们定义的虚无是这样的:虚无就是只有上帝能创造万物的状态。这个定义是毫无用处的。《圣经》里所谓的虚无,其实应该叫做“真空”,而且是永恒的真空――许多人认为,我们的宇宙大部分都是如此,在100年前,这是主流的看法。当时认为,宇宙就是一个银河系加上周围的无限黑暗的虚空,并且那片虚空是很简单的。实际上,那个“无”中时刻创造着“有”,因为基本粒子随时在这样的虚空中产生、湮灭――它们称为“虚粒子”。所以说,那些批评我们的虚无定义的人,他们自己也从来没有好好地定义过它。你可能会说,虚无就是不存在,可是你说的是什么东西的不存在呢?我在说到诞生宇宙的虚无时,我指的是彻底的虚无,不仅没有粒子和辐射,而且没有时间和空间,这一切都是从虚无从产生的。你可能要问,那么还有别的什么存在吗?我会说,这个问题在很大程度上是一个文字游戏、或许根本是个没有意义的问题,因为你也可以说还有别的东西存在,比如有一只驮着一只的乌龟、有别的宇宙,比如我们的宇宙是从一个多重宇宙中产生的之类;不过也可能真的什么都不存在,没有时间空间,时间空间都是忽然产生的。说宇宙从无到有产生或许会使一些人困扰。可是,说一个光子从一盏电灯中产生,这就不使人困扰了。也许我们的宇宙就是那个光子的量子版本,有人觉得困惑,是因为这不符合他们的日常经验、不符合他们对于虚无的经典观念。又或者他们是在担心因果之类的问题:要是时间和空间都是大爆炸之后才产生的,那么整套关于因果的概念就该抛到窗外去了。如果没有了“之前”,你就无法在这个意义上询问因果了,这多使人困惑了!不过这也没什么,科学就是要使人困惑的,有人困惑就说明我们想得还不对。如果你觉得困惑了,就应该做点什么来解惑。答:不,它们不是神圣的。我们奉行科学方法是因为这些方法有用。如果它们不再有用,我们就抛弃它们!我们科学家不觉得有什么神圣的东西,用哲学的话说,我们是功利主义者(utilitarians)。一样东西如果没用,我们就不会再留意它;如果有用,我们就接着用它。你可以管这叫“神圣”,但我们只采纳有用的东西,而科学方法是有用的,神启没用。就这么简单!

劳伦斯·克劳斯:物理学需要哲学,但不需要哲学家!

△“忘了耶稣吧,你之所以能在此,是因为恒星们死去了。”——劳伦斯·M·克劳斯。图片来源:read.html5.qq.com

答:人类是可以同时相信两套完全抵触的观念的。有地质学家研究古代岩石,发表的讲话和写的论文都是关于几亿年前发生的现象,但他们又自称相信地球的历史只有短短6000年。他们究竟是怎么做到的呢?我是不明白,但就是有人做得到。显然,从事科学而同时信仰宗教是可能的,因为的确有科学家信仰宗教。但是我也说过,对于那些科学家,宗教并不干预科学,因为他们关心宇宙的实际运行原理,只是在背地里会说:也许这一切都是上帝造就的吧。可是一旦思考宇宙的原理,他们就像著名生物学家J·B·S·霍尔丹(Haldane)所说的那样,并不会认为有什么上帝或者天使在摆弄试验设备的指针。霍尔丹还说,既然在实验室里是个无神论者,那么到了实验室外何不也做个无神论者呢?答:这是个鸡生蛋还是蛋生鸡的问题,很难回答。我小时候是因为喜欢科学才喜欢上了科幻?还是因为喜欢科幻才喜欢上了科学?我觉得这两样是相辅相成的。科幻是好东西,因为它突破了许多人不愿谈论科学的禁忌。我好像在《星际迷航的科学》里写过这么一段话:你在聚会上告诉别人你是物理学家,他们会先应付你两句,但是当你开始谈论时间旅行和曲率引擎之类,他们就兴奋起来了!科幻使人了解那些激动人心的科学问题、又不至于让人背上智力的包袱。有些人会到这里为止,感叹几句这真是一个有趣的问题、一个有趣的故事就完了。另一些人会开始好奇,比如我,会想知道真实宇宙的运行原理。这就是我写《星际迷航的科学》的原因,因为真实的宇宙比任何人写出的任何科幻小说都有意思。答:我母亲想让我做医生,所以如果不做科学家,我可能从事医学。我还想过当电影明星,现在真的演了电影,我想我是两边的好处都占了。

作者:Michael segal

译者:红猪

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