苗千

科學(xué)史往往被認(rèn)為充滿了乏味的論文、人名和數(shù)字，除了專業(yè)人士之外很少有人關(guān)注，但一些改變?nèi)祟悮v史進(jìn)程的段落卻被廣泛地傳播、演繹，乃至最終被改編得有如武俠小說(shuō)般充滿刀光劍影。將近90年前舉辦的第五屆索爾維會(huì)議上最著名的論戰(zhàn)來(lái)自愛(ài)因斯坦與尼爾斯·玻爾。反對(duì)量子力學(xué)的愛(ài)因斯坦留下一句名言：“上帝不會(huì)擲骰子?！倍杽t針鋒相對(duì)：“愛(ài)因斯坦，不要告訴上帝該怎么做?！眱晌淮髱熞?jiàn)招拆招，刀光劍影，確實(shí)有著武俠小說(shuō)般的節(jié)奏感。

當(dāng)年的物理學(xué)大師們可能不會(huì)想到，在幾十年之后，陷在困境之內(nèi)的物理學(xué)家們?nèi)匀辉诳嗫嗖聹y(cè)著上帝這個(gè)造物主的做法。一些物理學(xué)家認(rèn)為可以通過(guò)數(shù)學(xué)的美感了解到宇宙最深的奧秘，另一些物理學(xué)家則持相反的意見(jiàn)。這些世界上最具智慧的人們最終決定解決這個(gè)矛盾的方法是開設(shè)一個(gè)賭局。

2014年7月4日，歐洲核子研究中心在瑞士日內(nèi)瓦發(fā)布粒子物理探測(cè)器——緊湊型繆子螺線管探測(cè)器探測(cè)到的質(zhì)子碰撞軌跡圖

丹麥時(shí)間2016年8月22日13點(diǎn)30分，一群世界知名的物理學(xué)家聚集在玻爾的故鄉(xiāng)哥本哈根，了結(jié)一場(chǎng)在2000年定下的賭局。在21世紀(jì)剛開始時(shí)，歐洲核子中心開始建造大型重子對(duì)撞機(jī)（LHC），這為理論物理學(xué)家們帶來(lái)了希望，人們希望這個(gè)開始建造的龐然大物能夠發(fā)現(xiàn)各種理論假說(shuō)預(yù)測(cè)存在的粒子。除了標(biāo)準(zhǔn)模型中至關(guān)重要的希格斯玻色子之外，人們最關(guān)注的就是能否發(fā)現(xiàn)“超對(duì)稱”（SUSY）理論預(yù)測(cè)的“超粒子”。有20位物理學(xué)家認(rèn)為，大型重子對(duì)撞機(jī)在10年之內(nèi)至少能夠發(fā)現(xiàn)一種超粒子，而另有24位物理學(xué)家則認(rèn)為不會(huì)發(fā)現(xiàn)。因?yàn)榇笮椭刈訉?duì)撞機(jī)建造過(guò)程的延遲和故障，賭局在2011年又被延遲了5年，然而直至今日，仍然沒(méi)有任何超粒子現(xiàn)身，這場(chǎng)持續(xù)了16年的賭局終于有了結(jié)果。

在哥本哈根，來(lái)自普林斯頓高等研究院的理論物理學(xué)家尼馬·阿爾卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）充當(dāng)仲裁人（他相信超對(duì)稱理論，也參與了這場(chǎng)賭局），20位輸?shù)糍€局的物理學(xué)家為贏家們奉上價(jià)格不菲的白蘭地。理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金并沒(méi)有參加這場(chǎng)對(duì)賭，但是他也作為觀眾出現(xiàn)在了哥本哈根。之后，霍金發(fā)表了一個(gè)聲明，認(rèn)為超對(duì)稱理論很可能存在錯(cuò)誤，他說(shuō)：“如果超對(duì)稱理論成立的話，那么超粒子應(yīng)該已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了?！钡橇硪环?，輸?shù)舭滋m地的物理學(xué)家們并不服。阿爾卡尼-哈米德就表示，無(wú)論如何都不會(huì)放棄這個(gè)理論。

這場(chǎng)物理學(xué)家們的聚會(huì)，揭示了物理學(xué)目前存在的一個(gè)重大危機(jī)，或者也可以說(shuō)，當(dāng)年愛(ài)因斯坦與玻爾之間的辯論以另外的一種形式延續(xù)至今。時(shí)至今日，人們?nèi)匀灰獑?wèn)：上帝到底是不是在擲骰子？上帝到底有多少骰子？

人類探索自然的根本動(dòng)機(jī)并非從來(lái)都一成不變。牛頓是一名虔誠(chéng)的基督徒，他探索物理學(xué)的目的是為了理解上帝創(chuàng)造這個(gè)世界時(shí)的構(gòu)想。因此在他的力學(xué)體系中，也是以一個(gè)上帝創(chuàng)造的完美的靜態(tài)宇宙作為背景。時(shí)至20世紀(jì)，作為無(wú)神論者的愛(ài)因斯坦并不相信有一位人格化的造物主，他相信隱藏在紛繁表象之下的自然規(guī)律是美與和諧的，也可以說(shuō)，這個(gè)宇宙是“自然”（natural）的。對(duì)于“美”和“自然性”（naturalness）的追求，就是愛(ài)因斯坦時(shí)代的科學(xué)家們探索物理學(xué)的最根本原因，也是最重要的手段——物理學(xué)家們相信，宇宙中的規(guī)律應(yīng)該是相互統(tǒng)一、自洽的，而一些宇宙常數(shù)的數(shù)值理應(yīng)從所發(fā)現(xiàn)的自然規(guī)律中浮現(xiàn)出來(lái)。

對(duì)于美和自然性的追求，作為探索物理學(xué)最根本的動(dòng)機(jī)和最重要的指導(dǎo)思想，在21世紀(jì)正在受到挑戰(zhàn)，而超對(duì)稱理論的失敗，也可能正在加重這種危機(jī)。物理學(xué)家們開始懷疑，宇宙中的規(guī)律真的是“美”的嗎？這些宇宙常數(shù)究竟從何而來(lái)？為什么這些看似隨意分配的宇宙常數(shù)恰好可以允許生命的存在？我們所生活的宇宙，各種數(shù)值究竟是被精細(xì)地調(diào)整過(guò)，還是我們恰好生活在無(wú)數(shù)宇宙之中（允許生命存在）的一個(gè)？

希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)給物理學(xué)家們帶來(lái)了迷惑，這個(gè)基本粒子的質(zhì)量與物理學(xué)家們此前的預(yù)測(cè)有極大的差異。物理學(xué)家們希望希格斯玻色子的質(zhì)量是“自然”的，但實(shí)際上希格斯玻色子的質(zhì)量與科學(xué)家們此前的理論計(jì)算完全不符——這個(gè)質(zhì)量從何而來(lái)，難道真的只是上帝隨意擲出的“骰子”？粒子物理學(xué)家們?cè)?jīng)希望大型重子對(duì)撞機(jī)可以相繼發(fā)現(xiàn)一群超對(duì)稱理論預(yù)測(cè)的超粒子，以此來(lái)解釋希格斯玻色子的質(zhì)量問(wèn)題，但現(xiàn)在看來(lái)希望并不大。

與之相似的，宇宙物理學(xué)家們也無(wú)法理解“宇宙常數(shù)”（cosmic constant）如此微妙的數(shù)值。宇宙常數(shù)描述的是令宇宙加速膨脹的暗能量，人類對(duì)它測(cè)量的數(shù)值與理論計(jì)算的數(shù)值相差不止千百倍，可正是這樣的宇宙常數(shù)保證了一個(gè)可以允許生命出現(xiàn)的宇宙存在——數(shù)值過(guò)低會(huì)導(dǎo)致宇宙坍塌，過(guò)高又會(huì)使一切物質(zhì)快速地飛散，無(wú)法形成星系。

21世紀(jì)的物理學(xué)家們面對(duì)著一個(gè)又一個(gè)的新發(fā)現(xiàn)（或是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)），無(wú)法感受到宇宙規(guī)律的和諧和自洽，一個(gè)問(wèn)題開始浮現(xiàn)出來(lái)：我們所生活的宇宙，究竟是被精心設(shè)計(jì)過(guò)，還是只是近乎無(wú)窮多的宇宙中的一個(gè)？在這樣的氛圍中，多重宇宙（multiverse）假說(shuō)開始被越來(lái)越多的物理學(xué)家所接受。這種假說(shuō)認(rèn)為，存在著近乎無(wú)限多的宇宙形態(tài)，不同的宇宙中有著不同的各種常數(shù)，而在其中極少見(jiàn)的情況下，才會(huì)形成穩(wěn)定的、允許生命存在的環(huán)境，因此生命存在于這樣的宇宙中也就不足為奇，因?yàn)槿祟愔荒艽嬖谟谶@樣的環(huán)境中。但是另一方面，如果相信多重宇宙假說(shuō)，也就說(shuō)明人類對(duì)于一些宇宙規(guī)律和宇宙常數(shù)的探索毫無(wú)意義（因?yàn)橹荒苁沁@樣），而且因?yàn)槎嘀赜钪婕僬f(shuō)可能無(wú)從驗(yàn)證，這難免會(huì)演化為21世紀(jì)的另一種宗教。

物理學(xué)家們是否像當(dāng)年拋棄神創(chuàng)論一樣，急于拋棄對(duì)于自然規(guī)律的“美與和諧”的信念，而為探索自然加上某種底線？對(duì)于一些理論物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，這種選擇或許是唯一符合邏輯的做法?；仡欉^(guò)去幾十年，物理學(xué)家們急于統(tǒng)一量子力學(xué)和相對(duì)論，得出一種可以描述一切的大統(tǒng)一理論，卻又屢次失敗，如今物理學(xué)的危機(jī)，或許只是一次對(duì)于人類信心的考驗(yàn)——或許人類還遠(yuǎn)沒(méi)有理解這個(gè)宇宙，又過(guò)于急躁。對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，宇宙的美與自然性的回歸，或許就會(huì)源于某一次的意外發(fā)現(xiàn)。

（本文寫作參考了《Quanta Magazine》的報(bào)道）