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一场有关上帝的赌局

时间:2017-07-12 作者:未详 点击:
  科学史往往被认为充满了乏味的论文、人名和数字,除了专业人士之外很少有人关注,但一些改变人类历史进程的段落却被广泛地传播、演绎,乃至最终被改编得有如武侠小说般充满刀光剑影。将近90年前举办的第五届索尔维会议上,最著名的论战来自爱因斯坦与尼尔斯·玻尔。反对量子力学的爱因斯坦留下一句名言:“上帝不会掷骰子。”而玻尔则针锋相对:“爱因斯坦,不要告诉上帝他该怎么做。”两位大师见招拆招,刀光剑影,确实有着武侠小说般的节奏感。
  
  当年的物理学大师可能不会想到,在几十年之后,陷在困境之中的物理学家们仍然在苦苦猜测着上帝这个造物主的做法。一些物理学家认为可以通过数学的美感了解到宇宙最深的奥秘,另一些物理学家则持相反的意见。这些世界上最具智慧的人最终决定,用开设一个赌局的方法来解决这个矛盾。
  
  丹麦时间2016年8月22日13点30分,一群世界知名的物理学家聚集在玻尔的故乡哥本哈根,了结一场在2000年定下的赌局。在21世纪刚开始时,欧洲核子研究中心开始建造大型强子对撞机,这为理论物理学家们带来了希望,人们希望这个开始建造的庞然大物能够发现各种理论假说预测存在的粒子。除了标准模型中至关重要的希格斯玻色子之外,人们最关注的就是能否发现“超对称”理论预测的“超粒子”。有20位物理学家认为,大型强子对撞机在10年之内至少能够发现一种超粒子,而另有24位物理学家则认为不会发现。因为大型强子对撞机建造过程的延迟和故障,赌局在2011年又被推后了5年,然而直至今日,仍然没有任何超粒子现身,这场持续了16年的赌局终于有了结果。
  
  在哥本哈根,来自普林斯顿高等研究院的理论物理学家尼马·阿尔卡尼-哈米德充当仲裁人(他相信超对称理论,也参与了这场赌局),20位输掉赌局的物理学家为赢家们奉上价格不菲的白兰地。理论物理学家史蒂芬·霍金并没有参加这场赌局,但是他也作为观众出现在了哥本哈根。之后,霍金发表了一个声明,认为超对称理论很可能存在错误,他说:“如果超对称理论成立的话,那么超粒子应该已经被发现了。”但是另一方,输掉白兰地的物理学家们并不服。阿尔卡尼-哈米德就表示,无论如何都不会放弃这个理论。
  
  这场物理学家们的聚会,揭示了物理学目前存在的一个重大危机,或者也可以说,当年爱因斯坦与玻尔之间的辩论以另外一种形式延续至今。时至今日,人们仍然要问:上帝到底是不是在掷骰子?上帝到底有多少骰子?
  
  人类探索自然的根本动机并非一成不变。牛顿是一名虔诚的基督徒,他探索物理学的目的是为了理解上帝创造这个世界时的构想。因此在他的力学体系中,也是以一个上帝创造的完美的静态宇宙作为背景。时至20世纪,作为无神论者的爱因斯坦并不相信有一位人格化的造物主,他相信隐藏在纷繁表象之下的自然规律是美与和谐的,也可以说,这个宇宙是“自然”(natural)的。对于“美”和“自然性”(naturalness)的追求,就是爱因斯坦时代的科学家们探索物理学的最根本原因,也是最重要的手段——物理学家们相信,宇宙中的规律应该是相互统一、自洽的,而一些宇宙常数的数值理应从所发现的自然规律中浮现出来。
  
  对于美和自然性的追求,作为探索物理学最根本的动机和最重要的指导思想,在21世纪正在受到挑战,而超对称理论的失败,也可能正在加重这种危机。物理学家们开始怀疑,宇宙中的规律真的是“美”的吗?这些宇宙常数究竟从何而来?为什么这些看似随意分配的宇宙常数恰好可以允许生命的存在?我们所生活的宇宙,各种数值究竟是被精细地调整过,还是我们恰好是生活在无数宇宙之中(允许生命存在)的一个?
  
  希格斯玻色子的发现给物理学家们带来了疑惑,这个基本粒子的质量与物理学家们此前的预测有极大的差异。物理学家们希望希格斯玻色子的质量是“自然”的,但实际上希格斯玻色子的质量与科学家们此前的理论计算完全不符——这个质量从何而来,难道真的只是上帝随意掷出的“骰子”?粒子物理学家们曾经希望大型强子对撞机可以相继发现一群超对称理论预测的超粒子,以此来解释希格斯玻色子的质量问题,但现在看来希望并不大。
  
  与之相似的,宇宙物理学家们也无法理解“宇宙常数”如此微妙的数值。宇宙常数描述的是令宇宙加速膨胀的暗能量,人类对它测量的数值与理论计算的数值相差不止千百倍,可正是这样的宇宙常数保证了一个可以允许生命出现的宇宙存在——数值过低会导致宇宙坍塌,过高又会使一切物质快速地飞散,无法形成星系。
  
  21世纪的物理学家们面对着一个又一个的新发现(或是没有发现),无法感受到宇宙规律的和谐和自洽,一个问题浮现出来:我们所生活的宇宙,究竟是被精心设计过的,还是只是近乎无穷多的宇宙中的一个?在这样的氛围中,“多重宇宙”假说开始被越来越多的物理学家接受。这种假说认为,存在着近乎无限多的宇宙形态,不同的宇宙中有着不同的各种常数,而在极少见的情况下,才会形成稳定的、允许生命存在的环境,因此,生命存在于这样的宇宙中也就不足为奇,因为人类只能存在于这样的环境中。但是另一方面,如果相信多重宇宙假说,也就说明人类对于一些宇宙规律和宇宙常数的探索毫无意义(因为只能是这样),而且因为多重宇宙假说可能无从验证,这难免会演化为21世纪的另一种宗教。
  
  物理学家们是否像当年抛弃神创论一样,急于抛弃对于自然规律的“美与和谐”的信念,而为探索自然加上某种底线?对于一些理论物理学家来说,这种选择或许是唯一符合逻辑的做法。回顾过去几十年,物理学家们急于统一量子力学和相对论,得出一种可以描述一切的大统一理论,却又屡次失败,如今物理学的危机,或许只是一次对于人类信心的考验——或许人类还远没有理解这个宇宙,又过于急躁。对于人类来说,宇宙的美与自然性的回归,或许就源于某一次的意外发现。
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