李·斯莫林：量子引力与爱因斯坦未完成的革命

李·斯莫林（Lee Smolin）不相信科学方法。

这话从一个理论物理学家嘴里说出来，听着刺耳。他参与发明了圈量子引力（Loop Quantum Gravity），在宾夕法尼亚州的圆周理论物理研究所（Perimeter Institute）待了很多年，写过一本把弦论界搅得天翻地覆的书。但他引用哲学家保罗·费耶阿本德（Paul Feyerabend）的论证：你把任何一条听起来天经地义的科学守则当成铁律，他都能从科学史里翻出反例，证明正是在某个时刻，某位科学家违背了这条守则，整个学科才往前走了一步。

最典型的一条守则是：你的理论必须与所有已有数据相符。费耶阿本德说，科学史上一定存在这样的时刻，科学家不得不违背这条建议。斯莫林在研究生时期读到这些，此后一辈子都没把"科学方法"当成一个真实存在的东西。

这期访谈里，他谈的是比方法更底层的东西：世界到底是什么，量子力学缺了什么，时间为什么是真的，空间为什么不是，以及一个共同体靠什么维持住它的诚实。

什么是真实的

访谈从一个最朴素的问题开始：什么是真实的，我们怎么知道什么是真实的，什么只是人类感知和想象造出来的东西？

斯莫林的回答是"我们不知道"。紧接着他补上自己的立场：存在一个独立于他的存在、经验和知识的客观世界，他把这个叫作真实世界。这就是实在论（realism）。

有个流行很广的观点认为，我们永远触碰不到那个真实世界。我们看到的是大脑构建出来的画面，视觉皮层、认知结构加工之后的产物，"外面"的东西永远无法真正把握。

斯莫林说，这个版本一点都不疯狂。我们的经验确实是被大脑主动构造出来的，大脑是极其精密的器官，我们看到的是被深度处理过的世界。

我们并没有看到真实世界，我们看到的是一个被深度加工过的世界。但我仍然相信，在那层经验、那层镜子或纱幕背后，存在一个真实的世界。我对它很好奇。（李·斯莫林）

我们经常出错，所以我们造工具互相检查

那么怎么接近那个真实世界？靠物理学的工具，从理论到实验，还是靠某种更接近猿类祖先的直觉？

斯莫林说，我们和山洞里、山洞之前的祖先处在同一个位置。我们都好奇。搞清楚哪里起火、哪些动植物能吃，这些当然重要，但人也会纯粹因为好奇抬头看太阳、月亮和星星。他把这当作人的天性：我们编故事，编解释。

在他看来，人的天性里有两条几乎是硬性绑定的。第一条，我们必须快速判断，因为要活命。那是老虎还是不是老虎，没时间做文献综述，必须在信息不完整的情况下立刻行动。第二条，正因为快，我们经常出错，至少有时候出错。而"有时候"已经足够解释很多事情了：我们会骗自己，也会骗别人，而且骗得非常顺手。

于是世界上有大量故事被生产出来，有些带来了具体的好处，有些没有。

这里有个关键推论。如果人天生容易出错，那么科学的价值就落在别处：它建立一套让错误暴露出来的机制，而不依赖某个人特别聪明。斯莫林对科学的定义更接近社会学：科学是一个共同体，一群人被某些伦理准则绑在一起。准则的内容很朴素，比如把你所有的结果都报告出来，不管它符不符合你的假设。

博士训练的核心内容，在他看来，就是各种检查方法的训练。数学一侧有，实验一侧有，检查、复查、三重检查。一个人不能从街上走进来说"嗨，我是科学家"，他必须经过这套训练。而训练的结业考试只有一个：你能不能构造出一个令人信服的论证，让同行没法用"你检查过这个吗""那这个明显的矛盾怎么解释"把它拆掉。你得对这些问题都有答案，否则没人认真对待你。等你能拿出这种防御性论证，他们才会给你学位。即便如此，你之后仍然会被质疑，仍然可能发表错误的东西，但共同体用来纠正你的时间会少一些。

这套机制的名字不叫科学方法，它更像科学的免疫系统。

伽利略从塔上扔球，两种解释都成立

实验和理论之间没有简单的一对一关系。斯莫林举了伽利略从塔顶扔球的例子。

球落下来，落在塔基附近。亚里士多德派会说：看，这正说明地球在球下落的过程中没有移动。伽利略说：不对，惯性原理说球带着地球运动方向上的惯性，塔、球、地球一起移动，所以球当然落在塔基。于是同一个观察结果，支撑了两套完全相反的理论。

斯莫林用这个例子说明，理论与观察之间不存在自动的判决关系。你得攒出一大堆互相咬合的案例，然后花很大力气把它们对齐。从亚里士多德物理到新物理，中间花了几百年，一直到牛顿，1687 年。

但斯莫林并不因此变成相对主义者。他承认，如果你拉长时间尺度看，科学确实在进步。前一个世纪、后一个世纪地比，科学家搞出来的东西，工程师拿去就能造火箭、造计算机、造改善生活的东西。从牛顿之前到牛顿之后，一大堆积木被摆到了更接近真相的位置。

他把时间点说得很具体。那场部分成功的科学革命，大致从 19 世纪八九十年代延续到 20 世纪三四十年代，有些历史线索甚至延伸进 70 年代。电磁学、物质由原子构成、原子核与电子、量子力学从 1900 年前后到 20 世纪 20 年代末基本定型。这些是 20 世纪技术的底座。电气技术的发展与欧美城市电气化的进程彼此缠绕，科学与工程在同一条路上互相喂养。

而从 20 世纪 70 年代初开始，基础物理没有这种故事。没有一连串的胜利，没有可用的实际应用。

实在论者相信每个过程都有客观描述

物理学家说自己是实在论者，意思是什么？

斯莫林的定义是：相信在基本层面上，每一个过程都存在某种完全客观的描述，精确说明发生了什么、为什么发生。这个立场隐含了决定论，意思是没有那种"你永远探不到底"的模糊魔法，任何东西都能探到底、被完美描述。

有人会说，我不在乎决定论，我能接受一个本质上带随机性的世界。斯莫林说他也能接受。但被追问上帝掷不掷骰子时，他的回答更狠：实际情况可能比掷骰子糟得多。

糟在哪个方向？理论可以变，而且可以在没有预警的情况下变。未来是开放的。

这句话听起来轻，含义很重。如果基本物理定律本身会变，那就没有一个静态的终极定律清单等着被发现。这在物理学界是相当不主流的位置。

玻尔那派的说法：科学是我们与自然的对话

反实在论这一侧最著名的代表是玻尔（Niels Bohr）。斯莫林先自谦，说自己不算研究玻尔的好学者。但他把玻尔那代人的处境讲清楚了：那批量子物理的奠基者极为聪明，活在一个危险的年代，两次世界大战之间，文化里有很多思潮正朝那个方向走。

他们说的大意是：科学的目的并不在于给出一个"在我们缺席时自然是什么样"的客观描述。科学是我们彼此对话的延伸，用来描述我们与自然的互动。粒子、波、因果性、时间、空间这些词，我们可以自由发明和使用，只要它们对我们有用、带着某种直觉上的含义。但我们不该相信这些词真的对应自然在我们缺席时的样子，因为那件事我们无话可说。

这套立场对斯莫林有吸引力吗？他承认有。人确实是讲故事的存在，我们造出空间、时间、因果这些工具来讲述我们的世界。

但他不肯停在这里。他希望那些故事最终能把我们带到"发现真实世界本来的样子"那一步。被问到这件事是否可能，他说这是五千年后的人的问题，我们离那儿还远得很。

行李箱的轮子等了几百年

人的认知能力有没有天花板？我们是猿的后代，是生物系统，会不会存在某个基本层面，就算有物理学的工具加持，我们也永远抓不住？

斯莫林的回答还是那句：这是五千年后的问题。他提到戴维·多伊奇（David Deutsch），说他不完全同意多伊奇的每一个观点，但欣赏他在书里处理问题的方式。多伊奇谈探索的角色，谈某些语言、数学、计算的普遍性。他的论证大意是：这种普遍性是真实存在的东西，它来自符号系统本身是个数学系统、能够自我指涉这一事实，由此可以推出我们的理解具有某种普遍的可能性，无论外面是什么。

斯莫林欣赏这个论证，但不肯下结论。目前为止我们做得还行，有没有上限得以后才知道。

然后他讲了一个他反复讲的比喻，转述自埃里克·温斯坦（Eric Weinstein）：爱因斯坦自己拎行李，弗洛伊德自己拎行李，马克思自己拎行李，玛莎·格雷厄姆自己拎行李。所有这些天才都自己拎行李，而在不算太久之前，没有人想到在行李上装个轮子然后拉着走。那个轮子就在那儿，等了几百年才被发明出来。

斯莫林说他每天早上醒来都会想：为什么我不是机场里那个拖着箱子走的人？

什么样的人才能成为那个人？他读过爱因斯坦、伽利略这些人的传记，给出的答案分三层。有些是恰好在正确的时间出现在正确的地点。有些是固执和傲慢，这两样东西稍微偏一点就会毁掉人，速度不对、角度不对都会失败。但如果恰好拿到那个对的量，就能撑住别人撑不住的东西。爱因斯坦能以远超同代人的猛烈和投入去追问自然的本质，所以他问的问题更固执、更深。剩下的那一层是能力，而能力像音乐天赋一样，有先天的部分，也能被开发。

被问到自信怎么拿捏，他说自己也不知道。他已经贡献了他能贡献的东西，如果当年更自信一点会不会走得更远，他没有答案。他清楚的是，他认识一些自信远超自己的人，其中有些人的自信是有依据的，有些不是。

未完成的革命有两个战场

《爱因斯坦未完成的革命》（Einstein's Unfinished Revolution）这本书的书名指向一场双重革命：相对论（狭义，尤其是广义）与量子理论。斯莫林说，爱因斯坦在 1935 年就意识到，必须有一个彻底不同的理论，才能解决光子身上波粒二象性的悖论。

人们不太把爱因斯坦和量子力学联系在一起，其实他是奠基者之一。他先是不相信这套理论，后来被说服它自洽，但坚持它不完备。这也是斯莫林的立场：量子力学需要额外的自由度、粒子、力，某种东西，才能达到对每个现象给出完整描述的阶段。用他的话说，实在论要求的正是这个。

最让他和爱因斯坦不安的是什么？测量问题。

他解释得很直白：量子力学的基本表述给了你两种随时间演化的方式。一种是没有任何观察、没有测量发生时用的，另一种是测量和观察发生时用的，两者互相矛盾。这就是测量问题的通俗版本。

但革命未完成还有第二个原因。广义相对论和量子理论之间的关系没人搞得清。广义相对论描述大的东西，量子理论描述小的东西，两套工具都极其强大，却是两个完全分离的体系。

要补上这道裂缝，有两条路。如果你相信现在的量子力学是对的，就把广义相对论或它的某个扩展搬进量子领域，这叫量子化引力。如果你像爱因斯坦和斯莫林那样，相信量子力学本身需要被补完，那么找到正确补全方案的一部分工作，就是让这个方案把时空和引力包含进去。

时空是智识构造，时间是真实的

斯莫林对时空的看法非常不主流。

他说时空是我们对宇宙中事件所做的智识构造。事件是真实的，事件之间的关系、因果关系是真实的。而"存在一个四维光滑几何，带着度规和联络，满足爱因斯坦写下的方程"，这个图景在某个尺度上是很好的描述、很好的近似，抓住了自然中正在发生的一部分东西。但他一分钟都不相信它是基本的。

那么什么是基本的？他的回答是时间。时间一路到底，空间不是，广义相对论里那个我们把两者合起来的"时空"也不是。

时间是什么？在他那里，时间的活动就是从已有事件中持续创生新的事件。没有事件就没有时间，再往前一步，什么都没有。宇宙的历史有历史，朝向过去。未来不存在。有当下的概念，有过去的概念，过去是关于发生在我们之前的事件的故事。

事件是什么？他说这是个原始概念，不能用别的东西定义，就是某种基本的事情在发生，是空间中的一个时间瞬间。在广义相对论里，它表现为两个粒子的世界线相交，或者粒子的路径上发生了某种变化。这个层面的"发生"与能量有关，与能量的交换有关。

他和玛丽娜·科尔特斯（Marina Cortez）从 2012、2013 年前后一起发展这套以因果为核心的理论，更早的时期则与哲学家、法学教授罗伯托·曼加贝拉·昂格尔（Roberto Mangabeira Unger）合作。他特意强调这两位合作者的重要性不亚于他自己。

如果空间不是基本的，那是什么？在这个图景里，事件创生事件，但事件不住在空间里。它们彼此之间只有因果的顺序，这个顺序本身就是时间性质的一部分。空间是涌现出来的：在足够复杂的宇宙里，三维位置这种东西会作为更高层级的属性出现，而这类属性无法从基本层面的属性直接推导出来。他说，在几个模型里，他们用计算和解析两种方式都具体看到了这件事怎么发生。

两种定域性，一种活着一种死了

定域性（locality）让人安心：你能影响身边的东西，影响不了远处的东西。牛顿本人都对超距作用不舒服。

斯莫林说，讨论物理里的定域性，得先分清定义。

在量子场论里，这个混合了狭义相对论和量子力学的框架里，定域性有一个精确定义：对应时空间隔类空分离的场算符彼此对易。这个版本成立，而且被验证得很好。它符合直觉：场里的东西对附近的影响大于对远处的影响。

但还有另一个定义，由爱因斯坦提出，被约翰·贝尔（John Bell）精确化。这个版本被实验检验，结果是失败的。

实验的构造是这样：让两个粒子相互作用，然后共享一个属性，而这个属性不属于其中任何一个粒子单独所有。这就是量子纠缠。把这对粒子分开，一个在你右边，一个在很远的地方。两边各自选择测什么。问的问题是：远处那个粒子的实在性，会不会被这边"选择测什么"这个决定所影响？注意，是选择的种类，不是测量的结果。贝尔定域性假设两个系统在空间上分离，这边做出的选择要过一段时间才能传到那边去影响那边的实在。在这个假设下可以推出一个关于关联函数的不等式，然后用光子对之类的系统做实验直接检验。

结果是：不等式被违反，偏差达到很多个 sigma。距离不是问题，几十公里的量级上测过，粒子以接近光速或光速飞行了那么久，也不影响结论。

这意味着爱因斯坦玩的那个定域性定义是假的。无论两个粒子分开多远，粒子 B 身上真实的东西，都不独立于观察者对粒子 A 选择测什么。

所以，要完成那场革命，因果性是基本的、放弃定域性，在斯莫林看来是关键一步。

十几种尝试，全都在某处卡住

怎么完成这场革命？斯莫林说他只能讲自己在试什么，以及放弃了什么。他打了个比方：自己不过是蚁群里的一只蚂蚁，这大概也够了。

现状是：已经有了一批不错的理论，有跟量子力学相关的，有跟量子引力相关的，其中很多值得欣赏。但据他理解，没有一个完全解决他关心的问题。这对应届学生而言要么极其可怕，要么充满机会。

已经有一打以上的尝试，没有一个像任何人预期的那样走通：每一条都部分成功，然后卡在某个没人知道怎么绕过的地方。

他对这个局面的反应有两层。第一层是努力把人聚起来。现在的社会学状态很糟糕，围绕不同进路形成了各自的圈子，借用埃里克的比喻，各自站在理论地形的山头上朝对方扔石头。埃里克说我们需要两件事：让人们从山上下来，走进山谷，一起玩、一起说话、变成朋友，学会不说"不"，而说"是，你的想法能走到这一步，但如果和我的想法放在一起，也许能走得更远"。

第二层是方法和原则的问题，后面再讲。

多世界：它不回答我想问的问题

斯莫林和肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）是朋友，两人在很多问题上恰好站在对立面，而且都觉得这很有趣。卡罗尔是多世界诠释的坚定支持者。

斯莫林的评价很直接：多世界对他没有吸引力，因为它不回答他想问的问题。他在写书寻找原则的时候，确立的第一条原则是：只有一个世界，而且只发生一次。多世界跟他的个人议程不对路。

但他不满足于这个态度，他认真对待过。他承认自己在这上面想过很多、挣扎过很多。问题出在概率。

埃弗雷特（Hugh Everett）的多世界诠释砍掉了量子力学两种演化方式中的一个，砍掉的是与测量相关的那一个，只留下薛定谔方程那种平滑演化。可是概率这个概念只存在于被砍掉的那一边。那么概率从哪儿来？这个问题必须回答，因为实验物理学家正是用概率来检验理论的。

初看之下这里有个真问题。在多世界图景里，所有可能发生的事都以概率一发生。你也许会想，数一数哪些分支里事情发生了、哪些没发生，用分支的计数来定义类似频率概率的东西。埃弗雷特有过这个方向的论证，但当可能性有无穷多个时，论证变得极其微妙，而多数量子系统正是这种情况。斯莫林的理解是，埃弗雷特自己那套方案在这里没有成功。

退相干是另一个重要概念，可能非常相关。埃弗雷特之后有一批人做出了各种版本的多世界量子力学，这是个很大的领域，也很微妙，不属于他擅长的东西，所以他去请教专家。这也是他书里第十章写埃弗雷特、第十一章专门处理这个问题的原因。

牛津有一批很好的物理哲学家：西蒙·桑德斯（Simon Saunders）、戴维·华莱士（David Wallace）、哈维·布朗（Harvey Brown），还有戴维·多伊奇。他们做了大量精细工作，试图回答概率从哪来。他们的论证带有这样的味道：也许根本不存在概率，但假如多世界故事是真的、你就住在那个多重宇宙里，你会怎么下注？他们用概率论和赌博理论里的决策论，构造一个人在里面会如何下注的故事。

专家之间对这些方案是否真的成功仍在争论。斯莫林在写书收尾时问过西蒙和华莱士，两人都告诉他，他们也不确定其中任何一个方案已经正确。

至于卡罗尔自己的方案，涉及自指涉、自定位的观察者这个概念。斯莫林试着读了，没读懂，也没有下功夫研究，没有和卡罗尔沟通。所以他书里对此无话可说，也不知道对不对。

爱因斯坦的第一份工作是发明原理

斯莫林说，每次在量子引力上感到沮丧，他就回去读历史。爱因斯坦的成就是巨大的教训，接近于榜样。有一点非常清楚：爱因斯坦认为，进入理论物理领域的第一件事，是发现、发明原理，然后构造模型，看这些原理在某个实验情境下如何应用，数学是在这一步进来的。

在爱因斯坦之前，不存在统一的"时空"。时空这个观念是他发明的，它是他的原理、他的公设的一个模型。

斯莫林由此得出自己的方法论立场：我们并不知道量子引力的原理是什么。他可以列举候选原理，也写过论文讨论，但他现在的信念是，那些部分成功的进路都是模型，它们可能在某个领域、某个侧面描述了一些真实的量子引力物理，但它们最终的重要性在于它们是原理的模型。第一件工作是把原理立起来。

弦论的麻烦，和我自己的麻烦

2006 年那本《物理学的困惑》（The Trouble with Physics）让他成了争议人物。他说必须先说明自己是怎么读这本书的，因为很多没有卷入争论的评论者，包括一些做弦论的人，都告诉他，这本书是公正平衡的。

他写这本书的原意，跟他后来被理解成的那个样子不一样。他当时关心的是那套基于共同体和伦理的科学运作理论，写了一本书稿，前三分之一讲科学方法论，相当学术。后面是一批案例研究，其中一个就是量子引力与弦论的探索。那本书没能出版。有人建议他把结构翻过来，从弦论的故事开头，而弦论在 2004、2005 年已经是争议话题。

他强调自己小心地只批评论文，不批评人。

弦论当年的图景是这样的：有五个弦论，也许能统一成一个，然后找到破坏对称性的办法，从中发现标准模型，预言所有粒子的质量和电荷、耦合常数。后来找到了一堆解，每个解对应一套不同的粒子物理和不同的现象学，这些解叫卡拉比-丘流形（Calabi-Yau manifold）。再后来，没人能确定，但解的数量达到几十万个。

他的朋友安迪·斯特罗明格（Andy Strominger）发现可以把一种叫挠率的数学曲率加进解里，写了一篇关于带挠率的弦论的论文。他发现解的数目多到无法计数，也发明不出任何办法给这些解分类。他在论文里写道，这很令人担忧，因为用老办法做现象学、靠解方程来预言是行不通的，解太多了，可以为任何东西提出一套现象学。斯莫林说，实验恰好还没走到那一步。他和安迪就此谈过一两次，之后他开始认真担忧。

他试图自己解决这个问题。那段时间他读了很多生物学、很多演化理论，读了分子生物学和古生物学。他想到：也许物理学像演化生物学，也许定律本身会演化。生物学里有"适应度地形"（fitness landscape）这个概念，DNA 序列、蛋白质序列、物种都有各自的地形。

他把这个概念搬到宇宙学上，提出一个方案：整个宇宙如何演化，从而"发现"标准模型的参数。这就是宇宙学自然选择（cosmological natural selection）。1988 或 1989 年写出，1992 年发表，1997 年的第一本书《宇宙的生命》（The Life of the Cosmos）整本讲这件事。

关键点在于可检验性。这个方案会得到一组有亲缘关系的宇宙，它们通过自然选择联系起来，几乎每个宇宙都共享一个性质：它的适应度被最大化，或至少接近最大值。由此可以推出可检验的预言。他当时把这些都算出来了，并把它与人择原理对比：人择原理给不出可检验、可否证的东西。

这也解释了他为什么会同时做弦论和圈量子引力。他有一套很强的原则信念，其中一个要求是量子引力理论必须是关系性的、背景独立的。他花了很大力气想让弦论变成背景独立的，结果发展出一批工具，这些工具可以直接用到广义相对论上，那批工具就成了圈量子引力。在他脑子里，这两件事一直紧密相关。所谓"弦论共同体"和"圈论共同体"是两个阵营，这个划分从来不是他的划分。

那么这本书真正的遗憾是什么？

他说，据他所知，除了没搞懂某些应用规模有多大之外，他在 2006 年对弦论所做的诊断，此后大体上站住了。他遗憾的是，他用来分析弦论的那套批评，同样适用于科学里许多其他共同体，包括他自己的共同体，也就是弦论之外做量子引力的那批人。

他考虑过在书里明说。但那是个小而亲密的圈子，一旦明说就要讲具体的故事、点具体的名字，写一种他没资格写的历史。于是他避开了，然后被误读了。

年轻人已经不想听我们吵了

访谈最后问到希望。斯莫林的希望很干脆：解决那个未完成的科学问题。

不过他说了一件正在发生的事。在他合作过的年轻人里，他经常听到、也感觉到一种彻底的冷淡：他们对老一辈科学家之间的那些争论毫无兴趣，只关心彼此在做什么。

这种变化已经出现在会议上了。对量子引力感兴趣的年轻人办会，会把圈论和弦论的人一起请来，还有因果动力学三角化那一派。下周在圆周研究所有个小工作坊，夏天有个更大的会，主题就是量子引力，不挂弦论的名，也不挂圈论的名，组织者和讲者来自各个共同体。

在他看来这非常有帮助。不同想法开始汇合，至少人们表达出了对这个方向的兴趣。

他自己对"上帝"那句话留在节目结尾：一种可能是，上帝不过是宇宙组织自身的那种力量。

给愿意深想一层的人

斯莫林这期访谈信息密度高，落到可操作层面，有几件事值得拿走：

• 下次看到"实验证明了这个理论"这类说法，先停一秒，问一句：同一组数据还能被哪套理论解释？伽利略从塔上扔球那个例子说明，观察本身不投票，投票的是整套互相咬合的案例。
• 把"我经常出错"当成默认前提，而不是需要辩护的弱点。斯莫林对科学的定义里，共同体的价值在于设计出让你自己的错误更早暴露的流程。自己搭一套：重要结论至少找一个人专门负责拆。
• 区分两种定域性。量子场论意义上的定域性活着，贝尔定域性被实验判死。以后在科普文章里看到"量子力学证明世界是非定域的"，先确认作者说的是哪一个，不然整段推理都建在混淆上。
• 遇到一个卡了很多年的难题，先别急着换方法，先问原理层是不是空的。斯莫林的判断是量子引力有十几个部分成功的模型，缺的是原理。这个诊断方式可以迁移到任何长期停滞的领域。
• 警惕自己被阵营绑住。他对弦论的那套批评，他自己承认同样适用于自己的圈子。评估一个领域的健康程度时，用同一把尺子量自己人所在的圈子。
• 如果想读原始材料，《物理学的困惑》配《爱因斯坦未完成的革命》一起读，前者讲共同体的病理，后者讲物理的内容，两本合起来才是完整的方法论。
• 对年轻人那一段可以当作信号：当一个领域的老争论不再吸引新人，往往说明真正的进展正从别的地方冒出来。判断一个方向是否还有生命力，看年轻人跨不跨圈子开会，比看谁在辩论赢更有用。