# 丽莎·兰道尔：暗物质、理论物理与物种灭绝事件 > 理论物理学家丽莎·兰道尔谈暗物质的本质、额外维度等前沿猜想，以及小行星撞击与物种灭绝的关系。 - 原标题：#403 – Lisa Randall: Dark Matter, Theoretical Physics, and Extinction Events - 期数：第 403 期 - 发布日期：2023-12-03 - 嘉宾 / 主题：丽莎·兰道尔 - 网页版：https://lexfridman-cn.pages.dev/ep/lisa-randall/ - 官方页面：https://lexfridman.com/lisa-randall/ - 精读字数：约 7933 字（阅读约 18 分钟） > 本文为 lex.qiaomu.ai 基于原始访谈的 AI 改写中文精读，非官方翻译；引用请注明出处并链接网页版。 我们看到的，只是宇宙的5%。 丽莎·兰道尔（Lisa Randall）是哈佛大学的理论物理学家和宇宙学家，研究覆盖粒子物理、超对称、重子生成、宇宙暴胀和暗物质。大多数人听到"暗物质"这个词，脑子里浮现的是一种玄乎其玄的东西。兰道尔真正在意的，是更基础的一件事：**人类的感官，从来就不是认识世界的可靠工具。** 她说过一句朴素但分量很重的话：如果你只依赖直接看到的东西，你会错过这个世界里发生的大部分事情。暗物质就是最好的例子。我们看不见它，但宇宙里有大量关于它存在的线索，至少八九种独立的方法都指向同一个结论，而且这些方法算出来的数量彼此吻合。 ## 暗物质只是另一种物质，谈不上神秘 兰道尔的第一个纠正，是别把暗物质想得太玄。它就是物质的一种，只是不和光发生相互作用。它有引力，会成团，会驱动星系形成。它和普通物质的区别只有一条：它感受不到电磁力，所以不发光，我们也看不见它。 这句话后面有一个容易被忽略的推论。普通物质因为能辐射、能冷却、能失去能量，最后在角动量守恒的约束下塌缩成一个薄薄的盘，这就是我们看到的银河系盘面。暗物质做不到，它没有辐射机制，所以不会塌缩成盘，而是维持着大致球形的分布。 但兰道尔又提醒，别以为普通物质才是主角。**暗物质实际上比普通物质更早开始塌缩，也更容易塌缩。**普通物质在小尺度上因为辐射压难以聚集，是暗物质先把结构的骨架搭起来，普通物质后来顺着这个引力势阱流进去，星系才得以形成。她给了一个很有意思的类比：我们看一栋楼，总想到建筑师，想到那个最高层级的设计，却忘了那些干了所有粗活的工人。暗物质就是那些工人。 宇宙的能量密度里，暗物质是普通物质的五倍。看到这里你可能会想，那我们多惨，只是宇宙的边角料。兰道尔反过来看：我们熟知的物质能占到宇宙能量密度的5%、占到物质能量密度的约六分之一，这本身已经很了不起。宇宙里什么东西都可能有，偏偏我们能看到的那一部分，还占了相当的比例。 她还顺带解释了暗物质的密度为什么在不同地方不一样。因为它是物质，物质就会成团。星系里的暗物质比星系之间多得多。在小尺度上，人们一直在找偏离，看看是不是存在别的相互作用、别的作用过程，或者和重子也就是普通物质之间存在我们还没搞懂的联系。大尺度上，暗物质的分布已经被模拟得相当清楚了。 ## 恐龙灭绝，可能和暗物质有关 兰道尔在《暗物质与恐龙》（Dark Matter and the Dinosaurs）一书里提出过一个最出名、也最容易被误读的猜想。她把话说得很清楚：这个理论属于推测性质，请不要当成已经证实的事实。 猜想本身很有意思。主流物理学界通常假设暗物质是单一的东西，除了引力之外几乎不和其他任何东西作用。兰道尔问了一句：我们凭什么这么笃定？我们自己的世界里，物质有原子核、电子、中子，有强核力、弱核力、电磁力，结构非常丰富。为什么暗物质就必须是简单的一种？ 她的设想是：暗物质里可能有一小部分，有自己的相互作用，会辐射出一种我们看不见、但暗物质自己能"看见"的东西，她管它叫"暗光"（dark light）。如果这一小部分暗物质能像普通物质一样辐射、冷却，它就可能塌缩成一个非常薄、非常致密的暗物质盘。 然后是最精妙的一步。太阳系在绕银河系中心公转的过程中，会像旋转木马上的马一样，周期性地上下穿越银道面。每次穿越，如果那里正好有一个致密的暗物质盘，太阳系受到的引力扰动就会增强，边缘奥尔特云（Oort Cloud）里的彗星和小天体就可能被"踢"出来，撞上地球的概率随之上升。 而六千六百万年前，确实有一颗巨大的小行星撞上了地球，造成了我们现在确切知道的最近一次大规模物种灭绝，恐龙就此退场。 兰道尔自己都说，这个故事听起来像五岁小孩编的：恐龙被一块大石头砸死了。可这件事后来真的长出了一套严肃的科学解释。她喜欢暗物质盘这个猜想，原因也在这里：**无论听起来多离谱，它都有可以被检验的观测后果。**通过测量恒星的位置和速度，可以直接去银河系里找那个盘到底存不存在。它能写在论文里好看，也能拿望远镜去查。一个猜想只要能被证伪，就值得认真对待。 至于外界的批评，说她的理论让暗物质"变得更奇怪了"，她的回应很干脆：我们根本不知道暗物质本来是什么样子，也就没有"更奇怪"这个参照系。大家总预设自己已经知道暗物质是什么，可这个前提本身就是空的。 ## 那场撞出人类的大灾难 访谈里有一个瞬间，兰道尔少见地严肃起来。 她说，写这本书的动机之一，是她真的认为我们在滥用这颗星球，在用太快的方式改变它。当你在改动一样东西的时候，最好先回头看看它是怎么来的。 她讲了一个尺度层层递进的故事。宇宙要先形成结构，形成星系，形成太阳系，形成地球，然后才有生命的条件。而人类能出现在这里，有一部分功劳要归于那颗撞上地球的天体：恐龙灭绝，哺乳动物才有机会发展起来。这个故事的跨度有几十亿年，在无数个尺度上同时成立。 她的结论并不宿命论，反而很清醒：就算地球重来一次，也可能长出别的东西，但那不会是如果我们继续折腾下去还能存在的"我们"。 > 人类有一部分是那场撞击的结果。这个故事很惊人。如果因此演化出别的东西，那也不是我们，前提是我们没有把它搞得太糟。（丽莎·兰道尔） ## 大科学机器教给我们的两件事 谈到大型强子对撞机（LHC）时，兰道尔给出了一个很有教育意义的判断。 一方面，它是一次巨大的胜利。希格斯玻色子五十年前被提出，最后被真的找到了，粒子质量来源的机制被证实。人类能够做到这件事，本身就是能力的最好证明。 另一方面，这也是一个教训。她入行的时候，美国正在建一个叫超导超级对撞机（Superconducting Supercollider，SSC）的大家伙。当时很多物理学家，尤其是欧洲的同行，信誓旦旦地说 LHC 的能量就足以发现标准模型之下的东西了。但欧洲人反而更谨慎，希望做一个能量更高、事件更多、能更彻底证实或排除新理论的机器。很多人当时都笃定，那里一定有超对称（supersymmetry）。结果呢？LHC 成了唯一在场的机器，SSC 被取消了。 兰道尔的评价很克制：**你可以相信自己的理论，同时也要质疑它，用更可能接近真相的方式去质疑。**别在证据还没出现的时候，就假设答案已经在那儿等着了。 但她也特意为 LHC 说了另一面好话。这件事技术难度极高，工程上极难，还得几十个国家一起合作才做得成。它是一个长期项目，人们把心血投进去，最后把它做成了。这本身就说明，当人类真正下定决心做一件事，是能做到很了不起的程度。 访谈里她聊到 CERN 的起源。二战之后，很多欧洲物理学家离开了欧洲，后来他们希望看到欧洲人重新合作、重建，于是有了 CERN。她说自己常想，人类最大的问题之一是遇到的人不够多。当一个人被当成"他者"，就更容易忘记他也是一个活生生的人。所以让人为了一个具体的项目坐到一起，非常有价值。她提到一个叫 Sesame 的项目，让巴勒斯坦人和以色列人一起做科研。忘掉政治，专注在一个具体的项目上，有时候真的能成。 她还补了一句很实在的观察：科学让进步发生，政治让进步慢下来，可没有政治，那台机器也根本造不出来。这两句话同时成立。 ## 电子到底存在吗：一场和罗韦利的争论 访谈里最有哲学味的段落，是兰道尔和卡尔洛·罗韦利（Carlo Rovelli）的那场分歧。 罗韦利在他的书里写过一句话：电子并不总是存在。它在你和它互动的时候才存在，在碰撞到什么东西的时候，才在一个位置上"显形"。 兰道尔不同意。她在书里打了个比方：股票的价格在你交易之前，可能没有一个精确的数值，但这并不意味着在那之前你不能估算它的价值。电子也一样，它可能没有确定的性质，但它存在。在位置被测量之前，电子确实不是以经典物体的方式拥有确定位置，可那里有东西，物理学家用波函数去描述它。 > 我倾向于认为宇宙就在那里，不管我看没看到。如果只有当我观测的时候，事物才开始存在，那也太奇怪了。我可以假装中东不存在，因为我现在不在那儿，但这显然很荒谬。（丽莎·兰道尔） 她补充说，这个分歧甚至不涉及标准模型，它关乎怎么解释量子力学。量子场论告诉我们，电子可以被创造和湮灭，对撞机里天天在发生这种事。但这不意味着原子里那个电子不存在。它就在那儿，它的电荷就在那儿。 谈到物理学的"底层"，兰道尔说自己比很多物理学家更谦逊：她不确定人类会不会有一天触到那个最终极的底层，但她相信我们会一层一层往下走。她还讲了一个特别好的观察：也许在某个层次上，"距离"这个概念本身就会失效，到那时，连我们现在用来提问的语言都不再适用了。 这里还牵扯到另一个常被混淆的点。当她说"我们几乎测完了所有东西"，她的意思是标准模型已经被测到了很高精度。可现象层面还有大量我们没搞懂的东西，比如意识，比如湍流，比如生命。这些现象往往可以在已知的基本成分之上被描述，但那不等于我们已经理解它们。她举了一个很朴素的例子：我扔一个球，不会告诉你每个原子在哪儿，我只说这里有个球。不同层级有自己的语言，不能拿底层的完备性去否定上层问题的真实性。 但她也划了一条线。遇到那种非常放飞的理论，比如认为意识是一种弥漫在万物之中的基本力，物理学家的做法是先穷尽现有框架内的所有可能性，不会一上来就跳到最离奇的那一个。你可以跳，但接下来你要么找到证据，要么证明没有这个假设就说不通。而现在，我们离那一步还很远。 ## 自上而下，还是自下而上 兰道尔把理论研究分成两条路径。 自上而下（top-down）：先有一个自己认为足够完美的理论，从这个理论推出预测，再去看它预言了什么特征。 自下而上（bottom-up）：从具体问题出发，比如质量为什么是这个值，先测量，再想办法把测量结果拼起来。 她的判断是，最好的做法通常是两者结合。她很多最好的合作，都是和比自己更"自上而下"的人一起做出来的，因为只靠任何一边，那些点子都想不出来。 这里有个常被误解的地方。很多人以为爱因斯坦是自上而下的典型天才。兰道尔纠正说，不是。狭义相对论诞生的时候，爱因斯坦非常自下而上。他在琢磨麦克斯韦方程组的对称性问题，试图理解电磁定律为什么在那种对称下说得通，为此做了大量思想实验。他甚至长时间抗拒自上而下的方法。后来做广义相对论，需要把引力纳进来，需要反馈，他是在一位懂微分几何的数学家的帮助下才把方程写下来的。再之后他才觉得自上而下才是正路，可惜那时候他反而没做出太多东西。 所以她说，把科学进步简单归为某一条路径是幼稚的。**真正推动进展的人，大多扎在真实的测量里。** 顺着这个话题，她也谈了物理和数学的关系。两边的重叠比她预想的更多，但提问的方式不一样。数学家着迷于结构本身，物理学家则始终盯着这个结构对真实世界意味着什么。有些人能在两个领域之间来回走，那种人往往能做出真正有意思的东西。她还说，美学在物理学里确实起作用，但一个洞见之所以美，未必是因为它长得漂亮。爱因斯坦场方程如果拆成一个个分量写出来，你不会觉得它美；写成紧凑的形式，它才显得优雅。 ## 弦理论的成败，不能这么算 被问到弦理论的成功与失败，兰道尔先拆掉了问题的前提：用"成功"和"失败"来谈任何一门科学，经常抓不到要点，因为科学里没有那种绝对的终点。 她的批评很直接：弦理论家在起步阶段有点过于自信，以为能解决很多问题，实际上那些问题他们解决不了。但她也承认，弦理论确实带来了工具和洞见。问题后来变成了一个近乎社会学的问题：这些聪明头脑该往哪边分配，一个方向占了多少资源，另一个方向就少了多少。 她说，人很容易陷进问题本身，也很容易陷进方法本身，然后一直在做别的例子。真正的物理洞见，往往来自那些同时在想物理和想数学的人。 ## 暗物质里会不会有生命 访谈里最"放飞"的一个问题，兰道尔的回答依然保持了物理学家的克制。 Lex 问她：如果暗物质里也有相互作用，会不会在某个我们看不见的角落里，演化出类似化学、甚至类似生命那样的复杂性？ 她说：有可能。 紧接着补了一句重要限定。产生生命和复杂性的那些条件，本身就复杂而罕见，并不是随随便便就能发生。但同样地，也没有任何理由断定它一定不会发生。值得去问的是：暗物质那一块里，是不是还有别的力存在？ 这就引出一个更大的图景。我们目前知道的那部分暗物质，似乎什么力都没有，只有引力。但也许它有自己的力，就像它可能拥有自己的"光"。甚至在我们自己这一块里，也可能存在我们还探测不到的力，只是因为它们太弱，或者存在于我们还没探索过的能标和尺度上。我们造更大的对撞机，一部分原因就是想去那里找找看。物理学家只探测那些和探测器作用足够强的东西，剩下的全是盲区。 ## 人工智能能不能做出物理发现 兰道尔对 AI 的态度，是这次访谈里最微妙的部分。 她说自己曾经不像别人那么担心 AI，但现在理解了。逻辑很简单：一旦你造出了自己失去控制的东西，那就很可怕。 AI 能不能发现新物理，她的判断是现在还处在很早期。大语言模型在某种意义上是对已有东西的泛化，它们会给出看起来很有说服力、但我们分不清真假的内容，这在物理学上是个大麻烦。但她也承认，突破可能正在发生，也许很快。 她讲了一句很值得琢磨的话：我们其实并不真正了解自己有多聪明，也不真正理解自己是怎么思考的。但有一点确定，**和计算机相比，人类在产生想法这件事上效率高得多，消耗的能量也少得多**。如果有一天计算机也能做到这一点，那就是完全不同的游戏了。 她还提醒，AI 不只是抽象的智能问题，它会被嵌进真实的世界里。它会被资本主义的逻辑推动，被地缘政治塑造。人们最初拿它做玩具问题，接下来它会被用来做什么、会被优化去完成什么目标，这些才是现在就该开始讨论的事。谁来控制它，研究者还能保留多少自由去问那些不直接产生商业价值的问题，这些都不乐观。 她还讲了一个特别有意思的对比。她说如果没有互联网，她根本写不出那些书，因为她没有时间去图书馆一本一本查资料。互联网实实在在地帮了她大忙。可互联网的另一部分，正在毁掉政治，毁掉公共讨论。AI 有可能走同样的两条路，一条是让人类的效率再上一个台阶，另一条是变成我们控制不了的东西。现在还没有答案。 ## 脆弱的东西，和支撑我们活下去的东西 访谈里有一段，兰道尔谈到了风险的逻辑，值得单独拎出来。 她说，我们今天正在学到的一课是，只需要少数几个坏人，就能把事情搞砸。要让事情顺利，需要所有人配合；要让事情出错，一件就够了。 健康是这样，民主也是这样。一个系统要正常运转，需要大量条件同时成立；要崩溃，只需要一个条件被打破。我们赖以生存的很多东西，都处在一种微妙的平衡态里。我们试着给这些系统加一些冗余，让它们结实一点，但少数极端事件仍然足以改变一切。 她点了自己最担心的事：**核武器。她说这比人们意识到的更危险，而现在的警惕程度反而比二三十年前更低。**她也担心大流行病，觉得人们虽然比以前怕了一点，但还远远不够。气候变化和物种灭绝她同样在意，她认为我们可能正处在一场灭绝事件的中途，只是过程太缓慢、太分散，不容易被感知到。 她还讲了一个细节，特别能说明人性。她去参观一个核武器历史与技术博物馆领奖，发现那里展出的主要就是核武器。真正吓人的地方在于：**它们看起来真的很酷。**你一边觉得这东西很可怕，一边又忍不住觉得它很酷。这种"东西本身就很吸引人"的冲动，有时会压过对后果的思考。她说这有点像早期的硅谷，大家只想着"如果我们做这个会怎样"，没人去追踪边缘的后果。AI 现在就是这种状态，全速前进。 她引用了里尔克（Rilke）的一句诗：美无非是我们尚能承受的恐怖之开端。她说这话放在核武器上成立，放在科学探索的某些时刻上也成立。科学家常年站在"我还不知道答案"的悬崖边上，那种不适感是真实的，虽然它毁不掉地球，但它确实折磨人。而真正能毁掉地球的那些东西，反而常常被我们觉得酷。 ## 为什么她不怕宇宙这么大 Lex 问她，面对暗物质的量级、黑洞的引力、宇宙的尺度，会不会感到某种恐惧。 兰道尔的回答很坦率，甚至有点反人类中心主义：她说自己某种程度上并不是人类的狂热粉丝。如果人类就是全部，那也太无聊了。**她喜欢的是这样一个念头：外面还有很多东西，还有很多可以发现的，我们并不是一切。** 她说，如果宇宙里只有我们，那才真的令人失望。 这种态度贯穿了整场访谈。她对科学的信心，根源不在"我们终将解决一切"的乐观里。真正托住她的是另一种东西：相信世界背后有逻辑，然后一层一层往下挖。她讲到自己做研究时的驱动力，是那些说不通的地方，是那种"这事不对劲"的不适感。这种不适会逼着她往不同方向走，直到把它理顺。她说这个习惯可以推广到任何领域：遇到事情，先问它为什么是这样。 她还提到后来那本书《叩响天堂之门》（Knocking on Heaven's Door）里讲的有效理论。与其一上来就问那个最大的问题，不如先问眼前能测的东西。有时候你能判断出某个方向一定会失败，那就别把职业生涯押在上面。有时候从有效理论出发去逼近大问题，反而更容易走通。她还提到额外维度那部分工作，最让她兴奋的一点是发现高维可以只存在于局部，我们以为自己生活在三维空间，也许只是局部的真。 谈到日落，她说自己不管看多少次，都还是会觉得美。她承认这大概是因为人类就是这么演化出来的，那是关于我们自己的事，与宇宙本身无关。但她也说，人类已经走了很远，发现了很多美妙的东西，而外面还有更多。她希望我们还有机会继续走下去。 ## 给年轻人的那句话 访谈最后，Lex 问她给高中生、大学生的建议。 兰道尔的回答，可能是整期节目里最实用的一段。 她说，做科学、做学术最别扭的地方在于：**你必须同时极度相信自己做的事，又必须不停地质疑它。**这两件事很难平衡。你要真的相信自己能想出好点子，同时又要清楚这些点子可能全都是错的。这根钢丝很难走，但你还得走，因为不走就没法真正检验它们。 她的第二个建议更接地气。有时候你抬头看，觉得前面有那么多东西、那么多巨人，会觉得自己没戏。这时候不妨把视野收回来一点，别去想"我要成为史上最伟大的物理学家"，先想：**我能不能想出一个和我旁边这个人一样好的点子？** 她还引了物理学家罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）在费米实验室（Fermilab）听证会上那句著名的话：这座加速器不会保卫国家，但它会让这个国家值得被保卫。兰道尔说，世界再乱，这些事依然重要，不要因为大事发生就忘了这一点，但也不要因为做科学就忘了世界。两头都要顾，这才是难的地方。 整场对话下来，她没有给出任何一句"我们终将理解一切"的豪言。她给出的是另一套东西：把不确定性当成工作环境，把质疑当成日常动作，把能测出来的东西当成唯一可靠的锚点。这种态度放在物理里成立，放在别的地方大概也成立。 - 想理解暗物质，先从"我们的感官不可靠"这个前提出发，别从"神秘物质"这个想象出发。任何依赖"看得见才算存在"的判断，在宇宙尺度上几乎必然是错的。 - 评估一个新理论时，别只问它听起来是否合理，先问它有没有可以被观测检验的后果。兰道尔的暗物质盘猜想值得认真对待，正因为它可以被测出来。 - 当你对某个领域已经形成"我们都知道它是什么"的共识时，主动去找那个共识的漏洞。她对暗物质"应该是什么样"的预设，评价只有一句：那本来就是空的。 - 做长期项目时，把"相信"和"质疑"同时放在桌面上。相信你的方向值得投入，同时设计出能证伪自己的实验。LHC 和 SSC 的故事说明，把赌注全押在一个未证实的理论上，代价相当高。 - 看风险时，别只盯着缓慢累积的那一类。系统的崩溃往往由单点触发，核武器、失控的 AI、一次误判，都属于这一类，它不需要很多条件，只需要一个。 - 如果你在做研究或创作，定期把视野从"史上最伟大"收回到"我旁边这个人"。这个尺度的目标更容易让你真正开始动手。 - 找一件让你觉得"这不对劲"的事，然后一直追下去。兰道尔说，驱动她的从来不是宏大的愿景。那些说不通的地方带来的不适感，才是她一直追下去的原因。