物理學似乎是人類生活中真理清晰明確的唯一領域之一。物理定律描述了硬性的現實。它們以數學的嚴謹性和實驗證明為基礎。它們給出答案，而不是無休止的混亂。對你來說不是一種物理學，對我來說也不是另一種物理學，而是一種適用於所有人、所有地方的單一物理學。物理學通常看起來很奇怪，但這恰恰是一個好兆頭——它不受先入為主觀念的束縛。在一個可能顯得令人壓抑的世界裡，相同的爭論週而復始，物理學為生活注入了一些真正的新意，並將我們從陷入的窠臼中猛然拉出來。
物理學也是更廣泛的真理探索的基石。如果你追溯其他科學的解釋鏈條，最終會回到物理學。物理學的成功及其在奠定其他科學基礎方面的作用，支援了一種廣義的自然主義或物理主義世界觀：即所有現象都有物理學的解釋，而諸如生命活力或無形靈魂之類的概念在嚴肅的思考中已不再有立足之地。物理學不會支配我們如何生活或解決緊迫的道德困境，但它為我們決定這些問題設定了背景。
然而，如果說物理學在大多數人看來是最純粹的真理追尋，那麼物理學家自己卻並不總是這樣認為。他們有時似乎受到一種集體的冒名頂替綜合症的困擾。儘管他們可能假定真理就在那裡，並且他們有能力找到它——他們必須這樣做，否則還有什麼意義呢？——但他們也有自己的疑慮，這些疑慮在非正式討論中、在致力於他們學科廣泛方向的會議上、在重新努力尋求哲學家幫助的過程中，以及在為公眾撰寫的書籍和部落格中浮出水面。這些擔憂在基礎物理學中最為尖銳，基礎物理學雖然不是整個學科，但在其中確實發揮著超出比例的作用。許多人擔心大型強子對撞機尚未發現任何新現象，讓他們無從下手來推匯出更高層次的定律。他們擔心諸如弦理論等提出的統一理論是否能夠被檢驗。有些人認為他們的學科過於數學化；另一些人則認為它在數學上很草率。即使在最成熟的理論中，真理也可能是難以捉摸的。量子力學是一個經過充分檢驗的理論，但其解釋仍然難以理解。
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一位實驗科學家面臨著更具體的問題。電線斷了嗎？程式碼有錯誤嗎？測量結果是統計上的偶然事件嗎？儘管如此，即使是這些平淡的擔憂也可能出人意料地微妙，而且它們並非完全脫離物理學的總體問題。一切都必須在更廣泛的知識框架內進行判斷。
許多物理學家認為這些問題意味著他們的領域已經誤入歧途，他們的同事們太過目光短淺而沒有注意到。但另一種解讀是，真理的難以捉摸是一個重要的線索。與其他人類生活領域不同，物理學家在真理方面遇到的困難並非來自弄虛作假，而是來自殘酷的誠實：來自在面對現實時完全坦誠地承認我們的侷限性。只有正視這些侷限性，我們才能克服它們。
對物理學進展的疑慮並非新鮮事。只要有物理學家，就一直有物理學家擔心他們的領域遇到了不可逾越的障礙。當你身處其中時，研究總是亂七八糟的。人類能夠理解現實似乎已經非常了不起，因此任何障礙都可能預示著我們的好運終於用完了。
幾代人以來，物理學家們在自信和懷疑之間搖擺不定，不時放棄找到自然的深層結構，並將物理學降級為尋找有用的知識碎片。當同時代人迫使艾薩克·牛頓解釋引力如何運作時，他回應說：“我不構想假設。” 尼爾斯·玻爾在評論量子力學時寫道：“我們的任務不是滲透到事物的本質中，我們無論如何都不知道事物的意義，而是發展概念，使我們能夠以富有成效的方式談論自然現象。” 這兩位男士的觀點都很複雜：牛頓實際上確實為引力構想了幾個假設，而玻爾在其他時候也說過量子理論抓住了現實。但總的來說，他們透過擱置世界為何如此這般宏大的問題而取得了進展。
從歷史上看，物理學家最終確實會回到這些問題。牛頓未能解釋引力，但後代人接受了挑戰，最終形成了愛因斯坦的廣義相對論。量子力學的解釋在 20 世紀 60 年代重新回到物理學的議程上，並且雖然尚未解決，但已經衍生出諸如量子密碼學等實際應用的想法。重新喚醒物理學家好奇心的是這樣一種感覺，正如已故哲學家希拉里·普特南所說，如果物理學理論與現實不符，那麼物理學理論的成功將是奇蹟般的。更根本的是，如果沒有真實的東西供我們進行實驗，我們又如何進行實驗呢？這種立場被稱為實在論。它認為，我們沒有直接觀察到但從理論上推斷出的實體——例如原子、粒子以及空間和時間——確實存在。理論是真實的，因為它們反映了現實，儘管是不完美的。實在論和對立立場——反實在論之間的迴圈無疑將繼續下去，因為兩者都在來自另一方的壓力下不斷演變。
這種競爭對物理學有利。反實在論物理學家兼哲學家恩斯特·馬赫啟發愛因斯坦重新思考我們如何知道我們所知道的——或認為我們知道的。這為物理學中隨後發生的一切奠定了基礎。當我們接受我們是透過有色眼鏡看待世界時，我們可以進行補償。現實的某些特徵相對於觀察者而言是相對的，而另一些特徵則是所有觀察者共有的。兩個以不同速度運動的人可能會對地點之間的距離、事件的持續時間，或者在某些情況下，對兩個事件中哪個先發生存在分歧。他們之間的爭論是無法解決的。但距離和持續時間的算術組合——時空間隔——是兩者共有的事實，是一個“不變數”。不變數定義了客觀真理。
除了過去物理學家共有的普遍擔憂之外，今天的物理學家還遇到了許多特定且出乎意料的知識限制。幾乎無論你選擇哪種量子力學解釋，關於量子世界的一些事情都超出了我們的理解範圍。例如，如果你向一面半鍍銀的鏡子發射一個光子，它可能會穿透過去，也可能會反射回來，而且你無法知道它會做什麼。結果是隨機決定的。有些人認為光子這樣做沒有任何理由；隨機性是內在的。另一些人認為存在一些隱藏的原因。還有一些人認為光子既穿透過去又反射回來，但我們只能看到其中一種結果。無論如何，潛在的原因都被掩蓋了。
粒子很容易操縱，這就是為什麼量子物理學通常用粒子來描述。但大多數物理學家認為同樣的規則適用於所有事物，甚至包括生物。因此，尚不清楚光子何時做出選擇穿透過去或反射回來，如果它真的會做出選擇的話。當它撞擊鏡子時，兩者組成的系統進入一種不確定狀態。當測量裝置記錄路徑時，它也被兩種可能性所困擾。如果你派你的朋友去看發生了什麼事，對你來說，這個人看到了兩種可能性。物理學家尚未找到任何尺寸或複雜程度的閾值，可以強制產生結果。（尺寸和複雜性在定義選項是什麼方面很重要，但在最終選擇中並不重要。）目前，他們只知道一個地方可以解決歧義：在我們自己的意識感知中。我們從未體驗過光子同時做兩件相互矛盾的事情。因此，物理學家在他們的理論中留下了一個不受歡迎的主觀性因素。
馬薩諸塞大學波士頓分校的克里斯托弗·A·福克斯認為，教訓是觀察者是自然界的積極參與者，幫助構建他們觀察到的事物，而完全的第三人稱視角是不可能的。量子理論的數學將主觀和客觀要素混雜在一起。他的“QBism”解釋試圖剝離主觀要素，揭示其中蘊含的真實結構，就像愛因斯坦對相對論所做的那樣。
亞利桑那大學的哲學家理查德·希利持有相關的“實用主義”觀點，即量子理論不是世界的表徵，而是世界與人類或其他主體之間介面的表徵。我們可以用它來判斷可能發生的事情的機率，就像技術股票交易員根據市場趨勢而不是經濟基本面進行買賣一樣。這樣的交易員可能在不瞭解公司在做什麼的情況下變得富有。與福克斯不同，希利不認為物理現實的描述隱藏在量子理論中。他認為，這需要一個全新的理論。
相反的極端是，如果你確實將量子理論視為世界的表徵，你就會認為它是一個關於共存的替代現實的理論。這種多重世界或平行宇宙似乎也是宇宙學理論的推論：產生我們宇宙的相同過程也應該產生其他宇宙。額外的平行宇宙可能存在於超出我們視野的更高空間維度中。這些宇宙中充滿了我們自己宇宙的變體。不存在單一的確定現實。
儘管預測多元宇宙的理論完全是客觀的——基本方程式中沒有出現觀察者或依賴於觀察者的量——但它們並沒有消除觀察者的作用，而只是重新定位了它。它們表明，我們對現實的看法受到了嚴重過濾，我們在應用該理論時必須考慮到這一點。如果我們沒有看到光子同時做兩件矛盾的事情，這並不意味著光子沒有同時做這兩件事。這可能只是意味著我們只能看到其中一件。同樣，在宇宙學中，我們僅僅存在就對我們的觀察造成了偏差。我們必然生活在一個可以支援人類生命的宇宙中，因此我們對宇宙的測量可能不具有完全的代表性。
平行宇宙並不會改變我們所體驗到的真理。如果你在這個宇宙中受苦，那麼你的近乎相同的複製品在其他地方蓬勃發展並不能帶來多少安慰。但這些其他世界對追求更廣泛的真理具有腐蝕性。由於其他宇宙通常是不可觀測的，因此它們代表了我們直接知識的不可逾越的限制。如果那些宇宙與我們自己的宇宙完全不同，那麼我們的經驗知識不僅受到限制，而且還會被欺騙。物理定律有可能陷入混亂：它們並沒有說一件事會發生而不是另一件事，因為兩者都會發生，而我們看到的是盲目的運氣。事實與虛構之間的區別僅僅是位置的問題。
即使是基礎物理學的某些看似確鑿的方面也出人意料地微妙。物理學家經常談論粒子和場：局域化的物質微粒和連續的、流體狀的實體，例如電場或磁場。然而，他們的理論表明，不可能存在這樣的東西。量子力學與相對論的結合排除了粒子的存在：根據幾個數學定理，沒有什麼東西可以像傳統的粒子概念所暗示的那樣被局域化。觀察者將看到的粒子數量取決於他們自身的運動狀態；它不是不變的，因此不符合客觀事實的資格。粒子群可以具有超出個體性質之上的集體性質。
場也不是它們看起來的那樣。現代量子理論很久以前就摒棄了電場和磁場作為具體的結構，並用難以解釋的數學抽象概念取而代之。在其眾多奇怪的特徵中，這種抽象概念具有高度的冗餘性；它比它旨在表示的真實現象更復雜。物理學家一直在尋求與現實相符的替代結構，但這些結構不再真正是場。目前，他們仍然用粒子和場來描述世界，意識到完整的故事仍然讓他們難以捉摸。
提出的物理學統一理論引入了新的複雜性。特別是弦理論，一直備受爭議。它完全投入到平行宇宙中，及其所有對真理的奇怪後果。它還嚴重依賴所謂的對偶性：不同的數學表示式對觀測做出相同的預測，表明它們是描述同一種情況的替代方式。這些對偶性非常強大，因為它們允許橫向思維。如果一個方程太難解，你可以使用對偶性將其轉化為一個更簡單的方程。但是，如果多個數學公式是等價的，我們如何知道哪一個（如果有的話）對應於現實呢？
許多弦理論的批評者抱怨說，沒有已知的儀器可以檢驗它，因為它涉及如此微小的效應。但這種批評同樣適用於它的競爭對手。這就是成功的詛咒。現有理論中沒有太多裂縫可以讓我們可以洞察更深層次。由於缺乏實驗指導，物理學家不得不以數學方式發展這些理論。量子力學和相對論的約束力非常強，幾乎足以單獨決定統一理論的形式。儘管如此，所有提出的理論都嚴重依賴於關於美和優雅的判斷，而這些判斷可能最終是錯誤的。
一種奇怪的趨勢內置於整個統一專案之中。物理學家越深入現實，現實似乎就越蒸發。如果不同的事物是相同底層物質的表現形式，那麼它們的獨特性必定是它們行為方式的產物，而不是其內在本質的產物。物理學解釋用動詞代替名詞：事物是什麼是其組成部分做什麼的產物。弦理論可能不是正確的，但它說明了這種趨勢。根據它，粒子種類的龐大動物園是稱為弦的單一型別原始且無特徵的事物的不同振動模式。從邏輯上講，這種推理表明最終將不會剩下任何名詞。
一些哲學家得出結論，認為整個“事物”類別都被誤導了。根據一種稱為結構實在論的觀點，關係是自然界的主要成分，而我們感知為事物的東西是關係的樞紐。然而，這種觀點也有其怪異之處。物理物件與數學物件或模擬與原始系統之間有什麼區別？兩者都涉及相同的關係集，因此似乎沒有什麼可以將它們區分開來。如果沒有名詞，那麼是誰在表演動詞呢？物理學是建立在流沙之上的嗎？
不僅僅是物理學問題讓物理學家懷疑他們是否走在正確的軌道上。許多人對意識產生了興趣，被所謂的意識的難題所吸引。科學方法似乎天生就無法描述主觀體驗。我們的內在精神生活對外部觀察是隱藏的，並且似乎無法簡化為數學描述。許多研究人員認為這是一個不必要的附加物，在物理事物方案中沒有地位。根據這種論點，一些研究人員表示，理解意識可能需要一些新的科學原理或新的思維方式。物理學家對他們對世界的基本圖景可能會遺漏如此重要的東西感到好奇。
這並不是物理學家一直在思考意識的唯一原因。多元宇宙是我們可能感知到經過濾版本的現實的一個例子，一旦你開始沿著這條思考真理可能如何被扭曲的道路前進，你可能會產生一些讓多元宇宙聽起來很溫和的可能性。伊曼紐爾·康德認為，我們心靈的結構決定了我們感知到的事物。在這種傳統中，維也納量子光學和量子資訊研究所的物理學家馬庫斯·穆勒和加州大學歐文分校的認知科學家唐納德·霍夫曼等人認為，我們將世界感知為劃分為位於空間和時間中的物體，不一定是因為它具有這種結構，而是因為這是我們可能感知它的唯一方式。
僅僅因為我們的大腦成功地駕馭世界，並不意味著它們忠實地捕捉了世界的結構。在機器學習中，研究人員發現，當計算機系統避免直接表示世界時，它們通常更擅長做出預測或控制裝置。同樣，現實可能與我們的思想或我們的理論呈現給我們的完全不同。科林·麥金恩和哈佛大學心理學家史蒂文·平克等學者認為，我們特定的推理風格是我們發現意識如此困難的原因。也許有一天我們會構建出能夠看穿困擾我們的問題的人工智慧，儘管它們可能會在我們認為容易的問題上陷入困境。
如果有什麼能夠恢復我們對真理觸手可及的信心，那就是我們可以分而治之。儘管“真實”有時等同於“根本”，但科學中多個描述層次中的每一個都有平等的要求被認為是真實的。因此，即使事物在自然的根源處消失，我們也有充分的權利思考日常生活中的事物。即使量子力學令人費解，我們也可以在其基礎上建立對世界的堅實理解。即使我們擔心我們沒有體驗到根本的現實，我們仍然在體驗我們自己的現實，並且那裡有很多東西值得研究。
如果我們發現我們的理論是徒勞的，那也不是一件壞事。它提醒我們要謙虛。物理學家可能會妄自尊大，但他們中最有經驗和成就的人通常都很謹慎。他們往往是第一個指出自己想法問題的人，即使只是為了避免別人為他們做這件事的尷尬。沒有人說過找到真理會很容易。