斯坦福大學物理學家倫納德·薩斯坎德熱衷於發現能夠改變物理學現狀的理念。四十年前，他與人共同創立了弦理論，該理論最初受到嘲笑，但最終成為自然統一理論的主要候選者。多年來，他與斯蒂芬·霍金就黑洞不僅吞噬物體，而且將其碾碎到無法恢復的程度（違反量子力學）的猜想進行了辯論。霍金最終讓步。薩斯坎德還幫助發展了現代平行宇宙的概念，該概念基於他所謂的弦理論“景觀”。這破壞了物理學家們將宇宙解釋為基本原理的獨特結果的夢想。
尋求理解最深層現實的物理學家現在在一個很大程度上由薩斯坎德構建的框架內工作。但在此過程中發生了一件有趣的事情。他現在懷疑物理學家是否真的能夠理解現實。
薩斯坎德擔心現實可能超出我們有限的視覺化能力。他不是第一個表達這種擔憂的人。在 20 世紀 20 年代和 30 年代，量子力學的創始人分裂為現實主義陣營和反現實主義陣營。阿爾伯特·愛因斯坦和其他現實主義者認為，物理學的全部意義在於提出客觀現實的某種心理影像，無論多麼不完善。尼爾斯·玻爾等反現實主義者表示，這些心理影像充滿了危險；科學家應該將自己限制在做出和測試經驗預測上。薩斯坎德認為，現代物理學的矛盾和悖論證明了玻爾的謹慎是正確的。
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導致薩斯坎德得出這一結論的一件事是他的黑洞互補原理，該原理認為，落入黑洞的物體的命運存在固有的歧義。從墜落物體自身的角度來看，它會毫無事件地穿過黑洞的邊界或視界，並在到達黑洞的中心或奇點時被摧毀。但從外部觀察者的角度來看，墜落的物體在視界處被焚化。那麼，到底發生了什麼？根據黑洞互補原理，這個問題毫無意義：兩種解釋都有效。
一個相關的支援反現實主義的觀點是薩斯坎德和荷蘭諾貝爾獎獲得者烏得勒支大學的傑拉德·特·胡夫特在 20 世紀 90 年代中期提出的全息原理。它認為，時空體積中發生的任何事情都可以透過其邊界上發生的事情來解釋。儘管我們通常認為物體在三維空間中飛馳，但我們也可以同樣認為它們是在二維表面上滑動的扁平斑點。那麼，哪個才是真實的現實：邊界還是內部？該理論沒有說明。在這種全息猜想中，現實是透視的。
為了更好地理解硬證據和未經證實的猜想之間的張力如何在物理學前沿發揮作用，我們請薩斯坎德解釋了他的想法是如何演變的。
大眾科學：一個布朗克斯水管工的兒子是如何最終質疑現實的本質的？
倫納德·薩斯坎德：我是一個壞高中生。我的數學很好，但我是一個壞孩子，我惹了很多麻煩。結果就是我不被允許學習正規物理學。我被告知我必須學習汽車物理學。但在大學裡，那是一所工程學院，我上了我的第一門物理課程。我就是比其他任何人都強得多，包括教授。幸運的是，我能做到他做不到的事情並沒有成為我們之間爭論的根源。但後來我實際上被一位工程學教授告知，他不認為我是當工程師的料，這是正確的。我問他：“我應該做什麼？” 他說：“嗯，你非常聰明。你應該成為一名科學家。”
您上過哲學課程嗎？
是的，我在大學裡上過。我非常著迷於其中的一些概念。當我真正迷上物理學時，我對哲學的興趣就消失了。
您喜歡哪些科學哲學家嗎？
我是我認識的少數喜歡托馬斯·庫恩的物理學家之一。他部分是科學史學家，部分是社會學家。他基本正確地理解了科學正規化轉變時會發生什麼。一種徹底的視角轉變突然發生。全新的思想、概念、抽象和圖景變得相關。相對論是一次重大的正規化轉變。量子力學是一次重大的正規化轉變。因此，我們不斷髮明新的現實主義。它們永遠不會完全取代舊思想，但它們在很大程度上被那些效果更好、更好地描述自然、通常非常陌生、讓人們質疑“現實”含義的概念所取代。然後，接下來的事情發生了，徹底顛覆了它。我們總是感到驚訝，舊的思維方式，我們擁有的佈線或我們可能創造的數學佈線，根本無法幫助我們。
在所有這些改造中，客觀現實這樣的東西還有空間嗎？
每位物理學家都必須意識到世界上存在客觀事物，而我們的工作就是去找出這些客觀事物是什麼。我認為，如果不意識到存在客觀現實，你就無法做到這一點。客觀性的證據是實驗是可重複的。如果你踢石頭一次，你的腳趾會疼。如果你踢石頭兩次，你的腳趾會疼兩次。用石頭一遍又一遍地做同一個實驗，你會重現相同的效果。
話雖如此，物理學家幾乎從不談論現實。問題在於，人們傾向於理解的“現實”更多地與生物學和進化以及我們的硬佈線和神經結構有關，而不是與物理學本身有關。我們是我們自己神經結構的囚徒。我們可以視覺化一些事物。我們無法視覺化其他事物。
愛因斯坦抽象的四維幾何很難具體地視覺化。它透過數學關係變得可視覺化。當相對論突然出現時，在許多人看來一定是： “真實”時間怎麼了？“真實”空間怎麼了？它只是混入了這種有趣的東西，但有規則。重點是有清晰而精確的數學規則已經從中抽象出來，這些規則倖存下來，而舊的現實概念消失了。
所以我想說，讓我們擺脫“現實”這個詞。讓我們在沒有“現實”這個詞的情況下進行我們所有的討論。它會妨礙我們。它會讓人聯想到很少有幫助的東西。“可重複”這個詞比“真實”更有用。
那麼量子力學呢？根據該理論，以相同的方式踢同一塊石頭實際上可能會產生不同的結果。
這是最重要的問題，不是嗎？量子力學中有兩項發現顛覆了我們對經典現實的認知。一個是量子糾纏。量子糾纏所說的是非常奇怪的事情：你可以瞭解關於複合系統的一切，但仍然不瞭解關於各個組成部分的一切。這是一個很好的例子，說明我們根本沒有為抽象做好生物學準備，以及我們的現實感是如何被擾亂的。
真正嚴重打擊經典現實觀念的另一件事是海森堡不確定性原理。如果你試圖將一個物體描述為同時具有位置和動量，你就會遇到麻煩。你應該認為它具有位置或動量。不要試圖兩者兼顧。
這就是物理學家所說的“互補”嗎？
完全正確。事實證明，黑洞事件視界的數學與不確定性原理非常相似。同樣，這是一個“或”與“和”的問題。在完全經典的層面上，有些東西會落入黑洞，有些東西不會落入黑洞，等等。黑洞外有東西，黑洞內也有東西。我們瞭解到的是，這是錯誤的思考方式。不要試圖考慮視界外發生的事情和視界內發生的事情。它們是對同一事物的冗餘描述。你用一種方式描述它，或者你用另一種方式描述它。這意味著我們必須放棄舊的觀念，即一條資訊位於一個確定的位置。
如果我理解正確，全息原理將黑洞的互補模型擴充套件到宇宙。
是的。假設我們想要非常精確地描述某個系統。為了以高精度探測，你需要高能量。當你試圖變得越來越精確時，最終會發生什麼，你將開始創造黑洞。黑洞中的資訊都在黑洞的表面上。因此，你對系統進行的描述越精細，你最終會將資訊放置在邊界處。
對現實有兩種描述：要麼現實是被邊界包圍的時空主體，要麼現實是邊界的面積。那麼哪種描述是真實的？沒有辦法回答這個問題。我們可以將一個物體視為本體空間中的物體，也可以將其視為圍繞它的邊界上覆雜的、混亂的資訊集合。不是兩者都有。而是兩者之一。這是一個令人難以置信的混亂的從一件事到另一件事的對映。
弦理論最初的目標是為現實提供獨特的解釋。現在它給了我們多個宇宙。發生了什麼事？
物理學界的大部分人已經放棄了試圖將我們的世界解釋為獨特的、在數學上是唯一可能的世界。目前，多元宇宙是唯一的選擇。並非所有人都在研究它，但沒有明確、尖銳的反對它的論點。
1974 年，我經歷了一次關於科學共識如何形成的有趣經歷。人們正在研究尚未經過檢驗的強子理論 [亞原子粒子，如質子和中子]，該理論被稱為量子色動力學或 QCD。在一次物理學會議上，我問：“各位，我想知道你們對 QCD 是正確的強子理論的機率的看法。” 我進行了一次民意調查。沒有人給出超過 5% 的機率。然後我問：“你們都在研究什麼？” QCD、QCD、QCD。他們都在研究 QCD。共識已經形成，但出於某種奇怪的原因，人們想展示他們持懷疑態度的一面。他們想表現得強硬。圍繞多元宇宙的想法也存在同樣的因素。許多物理學家不想簡單地承認並說：“看，我們不知道任何其他替代方案。”
宇宙非常非常大。根據經驗，我們知道它的體積至少比我們永遠可以看到的部分大 1000 倍。宇宙暴脹概念的成功開啟了宇宙在足夠大的尺度上是多樣化的可能性。弦理論提供了可以以大量方式組合在一起的 Tinkertoy 元素。因此，沒有必要尋找解釋為什麼我們世界的一部分恰好是現在這個樣子的原因，因為世界上還有其他部分與我們的世界不完全相同。不可能有關於一切事物的普遍解釋，就像不可能有定理說行星的平均溫度是華氏 60 度一樣。任何試圖計算證明行星溫度為 60 度的理論家都是愚蠢的，因為那裡有很多行星的溫度不是這個溫度。
但是沒有人知道多元宇宙的潛在規則。這只是一種圖景。沒有人知道如何預測性地使用它。這種永恆暴脹的過程只是產生一個又一個氣泡，並且產生任意數量的各種氣泡。因此，這意味著一個與另一個的機率是無窮大比無窮大。我們希望有一個機率分佈，說明一個比另一個更可能，然後做出預測。因此，我們已經從一方面看起來非常引人注目的圖景，轉向荒謬地試圖衡量無窮大的機率。如果它要失敗，那將是因為這個原因。
有可能進行理論物理學研究而不進行哲學思考嗎？
大多數偉大的物理學家都有相當強的哲學層面。我的朋友理查德·費曼討厭哲學，討厭哲學家，但我很瞭解他，他內心深處也存在哲學層面。你選擇思考的問題受你的哲學傾向的影響。但我也有強烈的預感，驚喜會發生，並且會顛覆你的哲學偏見。人們認為科學有明確的規則：你做實驗，你得到結果，你解釋它們；最後，你得到了一些東西。但科學的實際過程與任何其他事情一樣，都是人為的、混亂的和有爭議的。