陳方正

“基本物理學獎”

對于物理學界來說，這個悶熱的夏天一點都不沉悶：首先，日內(nèi)瓦的大強子對撞機（LHC）宣布了—或者應該說是“通報”了希格斯粒子的發(fā)現(xiàn)。跟著，石破天驚、名不見經(jīng)傳的米爾納（Yuri Milner）先生宣布頒發(fā)“基本物理學獎”（Fundamental Physics Prize）給9位理論物理學家，每位300萬美元，也就是諾貝爾獎足足3倍。這樣的豪擲自然引起了巨大轟動和好奇：米爾納到底何許人？

他本是俄國猶太人，出身高級知識分子家庭，莫斯科大學物理系畢業(yè)，和薩哈洛夫友善，但物理學研究不成功，在蘇聯(lián)解體前夕赴美進賓州著名的華爾頓商學院取得工管碩士，后來得到葉利欽總統(tǒng)任內(nèi)一些新貴特別是曾經(jīng)顯赫一時的首富米哈伊爾﹒霍多爾科夫斯基（Mikhail Khodorkovsky）賞識，于是以其特殊的俄羅斯投資關(guān)系在美國金融界闖出名堂，至終在硅谷投資社交網(wǎng)站成為億萬巨富。一言以蔽之，這就是俄裔物理學研究生轉(zhuǎn)行下海發(fā)了大財，現(xiàn)在以重賞方式來表揚心目中的英雄，和完成當初夢想。

那么，是些什么人值得如此獎賞呢？筆者離開理論物理領域數(shù)十年，孤陋寡聞，在9位得獎者當中曾經(jīng)聽聞大名的僅3位：以研究超弦理論著名的韋頓（Edward Witten），提出宇宙早期急速脹大理論的古夫（Alan Guth），還有一位捷泰耶夫（Alexei Kitaev）則是最近才從清華大學高等研究院的孔良那里聽到的，只隱約知道他研究代數(shù)幾何學在基本物理理論上的應用，但獎項宣布則贊揚他在量子計算上的貢獻。根據(jù)正式宣布，其他6位的工作也都是在粒子和宇宙學這兩個基本理論領域，所以，以上3位可以說是具有相當代表性的了。

看來，9位得獎者的共通特點，就是都以高深抽象的數(shù)學為手段，來鉆研、發(fā)展最深邃奧妙的基本理論，至于這理論是否以已知原理為基礎，或者已經(jīng)有實驗結(jié)果證驗，卻并不重要。創(chuàng)獎人米爾納強調(diào)，此獎就是要鼓勵、獎賞純粹的基本理論家，即使最后他們的理論得不到證驗，或者證明與事實不符，也沒有關(guān)系。這可以說是它與諾貝爾物理學獎在理念上的根本分別。

這樣一個前所未有的科學大獎，自然會引起無數(shù)猜測和議論，特別是創(chuàng)獎人已經(jīng)宣布，以后每年都會繼續(xù)頒發(fā)同樣獎項，未來獲獎者由過去得獎者共同決定。那么下一屆得獎的，將會是些什么人？是否仍然由超弦和宇宙學專家壟斷呢？在上世紀六七十年代亦即所謂“黑洞物理學黃金時代”，出現(xiàn)過多位引領風騷的人物，即發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)黑洞和帶電黑洞的科爾和紐文，提出“宇宙隱蔽假說”的彭羅斯，當然，還有提出黑洞熱力學和輻射理論的霍金。他們的理論工作雖然都是從廣義相對論引申出來，但仍然極其美妙和驚人，倘若不是因為黑洞無法直接和仔細觀測，因而他們得到的結(jié)論也無法確切證驗，那么大有可能早都已經(jīng)一個個去過斯德哥爾摩領獎了。如今他們垂垂老矣，是否也還有領得這巨額獎金的機會呢？那就得看首批領獎那9位先生的胸襟、見地和智慧了。

不過，對于“基本物理學獎”來說，這并不很重要，真正重要也令我們感到十分好奇的是：從長遠來說，真會有那么多卓越的純粹理論家不斷涌現(xiàn)（照首屆頒獎數(shù)目推算，最少也得有百人上下），都是值得如此宣揚和獎賞的嗎？他們中間會出現(xiàn)能夠真正作出重大發(fā)現(xiàn)（而不僅僅是美妙數(shù)學理論），如牛頓、麥斯威爾、愛因斯坦、海森堡、狄拉克那樣的人物嗎？否則，這個獎即使仍然能夠延續(xù)下去，恐怕也難免逐漸失去原意，蛻變?yōu)橐粋€數(shù)學大獎了吧？

更何況，它到底能夠延續(xù)多久，現(xiàn)在恐怕也還言之過早。首先，至今我們還未曾聽到米爾納先生為此捐出巨款正式成立基金會，以使得頒獎可以獨立于他個人意愿以外長期進行。同樣重要的是，他宣稱把挑選未來獲獎者的權(quán)力交給已經(jīng)得獎者，但這是沒有組織、結(jié)構(gòu)，而且每年不斷在擴大、變化的一個群體，他們能夠充分負起客觀地審核和決定得獎人的責任嗎？不會淪為一個只求瓜分巨額獎金而且為此吵鬧、斗爭不已的同行、朋儕小圈子嗎？我們只能夠希望，米爾納先生這個破天荒的壯舉并非出于一時沖動，而有更長遠計劃和周密思慮存乎其間吧！

歐洲科學的兩大傳統(tǒng)

這個獎的未來發(fā)展和對于物理學的影響現(xiàn)在不大容易看得出來，但它背后的理念卻是個很有意思的問題，值得一談。事實上，以猜測、猜想（speculation，這在中文沒有妥帖的對應詞）來思考宇宙基本結(jié)構(gòu)是西方文明的大傳統(tǒng)。希臘第一位哲人泰勒斯提出，水是宇宙的“原質(zhì)”，即基本資料或者運行原理，那就是這傳統(tǒng)的開端。跟著，畢達哥拉斯創(chuàng)立神秘教派，它的核心觀念就是把數(shù)學推理與宇宙結(jié)構(gòu)的猜想結(jié)合，而且將此作為可以獲得永生（那可要比任何數(shù)目的獎金都誘人得多）的宗教原理。從此發(fā)展下去，特別是經(jīng)過柏拉圖和他的學園大力宣揚和推波助瀾，就發(fā)展出光輝燦爛的古希臘科學，像歐幾里得、阿基米德、托勒密都是這傳統(tǒng)孕育出來的大學者。

到了托勒密的時代，希臘科學已經(jīng)發(fā)展了700年之久，但此后則如花到荼，盛極而衰，開始沒落。這自然有許多不同原因，但現(xiàn)在為絕大部分史家所公認的一個主要原因，則是它過分注重猜想與理論，而忽略實際觀察，所以走進死胡同，無法有進一步的突破。托勒密秉承柏拉圖的構(gòu)想，以為天體運行軌道必然是圓形的組合，就是這偏見的最佳說明。1400年后，哥白尼也仍然未能破除這偏見，直到開普勒，才由于丹麥天文學家第谷極其精密的天文觀測，“被迫”打破這桎梏，發(fā)現(xiàn)天體運行軌道其實是橢圓形而非圓形組合。

這樣，十六七世紀歐洲科學的新發(fā)展出現(xiàn)了兩種完全不一樣的精神，其一是繼續(xù)發(fā)揚古希臘的數(shù)學與理論傳統(tǒng)，其二則是沿著在中東發(fā)展的伊斯蘭科學傳統(tǒng)，注重觀測、實驗和計算。牛頓的大發(fā)現(xiàn)，正就是這兩種截然不同精神互補、結(jié)合所產(chǎn)生的成果。他將平生巨著命名為《自然哲學的數(shù)學原理》，卻又將自己的方法稱為“實驗哲學”，所反映的正就是這個難能可貴的結(jié)合。在他之前的培根偏重于觀察、實測，笛卡爾偏重數(shù)學與冥思苦想，兩者在科學上的成就遠遠不能夠和他相比，也就是這個道理。因此，毫不奇怪，在18、19，乃至20世紀上半葉，物理學的無數(shù)發(fā)現(xiàn)、進展都是“兩條腿走路”，理論與實驗并重，甚至實證、觀測顯得更有力量，更重要。

然而，數(shù)學之深奧、精妙和玄思冥想所能夠發(fā)揮的力量實在不容低估：在上述近300年的大潮流中，也仍然有好幾個單純從數(shù)學和理論出發(fā)，而獲得大發(fā)現(xiàn)的例子。這包括麥斯威爾從數(shù)學自洽性出發(fā)改寫電磁理論，和發(fā)現(xiàn)電磁波；愛因斯坦發(fā)現(xiàn)廣義相對論，也就是比牛頓萬有引力更根本、更正確的重力理論；以及楊振寧發(fā)現(xiàn)規(guī)范場理論。這些例子說明，直到今日，如古代哲人般回首天外，思入風云，仍然可能是探究宇宙奧秘的途徑，而畢達哥拉斯那奇特的宗教—科學信念，也就是古希臘的“純理論沖動”，還是有其價值和重要性，不容完全抹殺和忽視的。

不過，這個說法卻還不能夠完全適用于“基本物理學獎”。為什么呢？因為上面幾個大發(fā)現(xiàn)雖然是高度理論性和依賴數(shù)學思維，然而出發(fā)點卻無一例外，都仍然是已知的、經(jīng)過詳細證驗的物理原則。也就是說，它們的發(fā)現(xiàn)有如撐桿跳，運動員雖然凌空飛越6米高度，但所撐的那根桿子卻必須牢牢地扎在地上。沒有桿子而憑空騰躍，那就只能夠翻越徒手跳高的兩米了。在許多重要理論物理學家看來，不講求實證基礎的超弦和其他相類似理論，就像舍棄撐桿而試圖翻越6米高度，是異想天開而不可能成功的—甚至成功與否，也是沒有辦法驗證、判斷的。

但“基本物理學獎”正是反其道而行，要尊重、獎勵這些不講求實證的純粹理論家，這可以說是一個“回歸希臘”，甚至“回歸畢達哥拉斯”的呼召。它有意義嗎？它會如2500年前那樣，造成龐大影響，乃至帶來一個新運動，新傳統(tǒng)嗎？我的感覺是，大多數(shù)物理學家恐怕都不會看好。但科學發(fā)展的途徑有時候是極端奇特，甚至完全出乎我們意料之外的。因此，我們還是應該靜觀其變，而不必急急忙忙下結(jié)論—畢竟，米爾納有他的理想、財富和自由，這些都是值得我們尊重的。