本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
生物學家魯珀特·謝爾德雷克，我在上一篇文章中採訪了他，並不是我最近在Howthelightgetsin節上一起玩耍的唯一一位迷人的科學家，這個節日是由藝術與觀念研究所主辦的。我還結交了喬治·F·R·埃利斯，這位物理學家-數學家-宇宙學家，是一位權威的宇宙大爆炸和其他宇宙謎團專家。埃利斯和我最初一見如故，因為我們有一些——我該怎麼說呢？——對物理學發展方向的擔憂，但我很快發現他的興趣遠遠超出物理學。他不僅發表了關於物理學和宇宙學的論文和書籍（包括1973年與斯蒂芬·霍金合著的經典著作《時空的大尺度結構》），還發表了關於哲學、複雜性理論、神經科學、教育甚至低收入住房的論文和書籍。（檢視他的網站，以及他在2011年《大眾科學》上發表的對多元宇宙理論的出色評論。）埃利斯是南非人，是開普敦大學的榮譽退休教授，他在那裡教了幾十年書，並在劍橋大學、德克薩斯大學、費米研究所和全球其他機構擔任過職位。我欽佩埃利斯的社會行動主義以及他的科學工作。他是早期反對種族隔離制度的批評者，1999年納爾遜·曼德拉授予他南非星勳章。埃利斯有一個聰明的頭腦和一顆偉大的心。
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霍根：在我們在那裡相遇的會議Howthelightsgetsin上，您參加了一個名為“實驗的終結”的環節。那是關於什麼的？
埃利斯：嗯，這只是呼應了您已經說過的：許多可能的高能物理實驗和與宇宙學相關的天文觀測實際上都已接近完成。物理實驗正在接近任何對撞機實驗可能測試的最高能量，這既有經濟原因，也有技術原因。我們無法建造比地球表面更大的對撞機。因此，我們測試高能物理的能力——以及最小物理尺度上的結構——正在接近其極限。所有波長的天文觀測現在都在探測最遙遠的宇宙事件，這些事件將永遠可以透過任何形式的輻射“看到”，因為每種輻射都存在視覺視界。
這很像探索地球的情況：曾經我們只對那裡的情況有零星的瞭解。然後我們獲得了地球表面的全球影像，包括整個陸地的詳細衛星影像。一旦你看到了所有的一切，你就已經看到了所有的一切；除了越來越精細的細節，沒有什麼可以再找到的了。您可能會回應說，但是我們看不到海洋的底部。然而，我們現在也確實透過各種探測技術獲得了相當不錯的海底地圖。這類似於我們透過COBE、WMAP和普朗克等衛星，以及（間接地）透過Bicep2引力波的發射（類似於從太空看到地球整個表面）看到了早期宇宙中紅移為1200的最後散射面。我們將在未來幾年內解決這場爭議。
因此，我們在最大和最小尺度上可以看到的東西正在接近未來可能看到的，除了改進細節之外。
但我強調，這一評論不適用於複雜系統。複雜性幾乎是無限的——微生物學、生物學、大腦將為我們提供更多個世紀的工作，我們可能發現的東西可能非常出乎意料。這也可能適用於量子物理學的基礎及其與複雜性的關係。但是——除非發生非常出乎意料的事情——對非常大和非常小的可能測試正在接近任何可能的極限。
是的，我知道這種說法以前也出現過。那是在我們探索整個可見宇宙的所有可能波長之前。我承認，與宇宙結構形成相關的觀測——星系、恆星、行星——還有很長的路要走，它們本質上正轉向研究複雜性，並且仍然具有生命力，它們是非常有趣的研究。
霍根：勞倫斯·克勞斯在《無中生有的宇宙》中聲稱，物理學基本上已經解決了為什麼存在著什麼而不是虛無的奧秘。您同意嗎？
埃利斯：當然不同意。他正在提出未經檢驗的投機理論，說明事物是如何從一個預先存在的複雜實體中產生的，包括變分原理、量子場論、特定的對稱群、泡騰真空、粒子物理標準模型的所有組成部分等等。他沒有解釋這些實體是如何在宇宙誕生之前就預先存在的，為什麼它們應該存在，或者為什麼它們應該具有現在的形式。他也沒有給出任何實驗或觀察過程，我們可以透過這些過程來檢驗他對假定的宇宙產生機制的生動推測。你如何檢驗在宇宙存在之前存在的東西？你不能。
因此，他所提出的不是經過檢驗的科學。這是一種哲學推測，他顯然認為這種推測非常引人注目，以至於他不必給出任何證據來證實它是真的。好吧，你無法獲得任何關於在空間和時間誕生之前存在的東西的證據。最重要的是，他認為這些基於數學的推測解決了千年以來的哲學難題，而沒有認真對待這些哲學問題。認為所有現實都可以完全用物理學和物理學方程來理解的信念是一種幻想。正如愛丁頓在他的吉福德講座中出色地指出的那樣，它們只是對物理、生物、心理和社會現實的部分和不完整的表述。
最重要的是，克勞斯沒有解決為什麼物理定律存在，為什麼它們具有現在的形式，或者在宇宙存在之前（如果他相信它們使宇宙誕生），它們以何種形式存在。是誰或什麼構想出了對稱性原理、拉格朗日量、特定的對稱群、規範理論等等？他根本沒有開始回答這些問題。
當他說哲學是胡說八道，然後自己又從事這種哲學嘗試時，這非常具有諷刺意味。科學教育似乎應該包括一些關於柏拉圖、亞里士多德、康德、休謨和其他偉大哲學家的基本模組，以及蒂姆·莫德林和戴維·艾伯特等更現代的哲學家的著作。
霍根：您現在或曾經相信物理學的最終理論嗎？
埃利斯：我當然曾經相信它是一種可能性。然而，在我看來，不得不使用更高維度理論的代價是相當大的缺點，應該儘可能避免；當然，它尚未被證明是大自然的運作方式。相反，最終的基本物理學可能涉及兩種不同的交織理論：大統一理論（GUT）和單模環量子引力，沒有隱藏維度，也沒有弦理論景觀。統一將體現在物理理論的廣泛方法（拉格朗日量、變分原理、物理對稱性等）方面，但不一定是包含所有基本物理學的統一形式的壓倒一切的理論。
實際上，在我看來，不太可能存在包括引力在內的所有基本力的統一理論，因為愛因斯坦告訴我們，引力在基礎層面上不是一種力，而只是時空曲率的有效結果。是的，當然存在各種有效的引力理論，其中引力被視為一種力，例如牛頓的理論和將其表示為自旋2引力子，但它們的存在並不能決定引力的潛在深層理論是什麼。我的感覺是，它將是一個基於離散時空觀的理論，引力扇區具有共形結構，可能基於完整性原理，與物質扇區的統一GUT理論相互作用。這不是弦理論家設想的統一的最終物理學理論。這樣的理論可能不存在。
霍根：您是多元宇宙理論、弦理論、人擇原理的粉絲嗎？
不是（可能是真的，但無法證明，關於無限實體存在的投機太多，定義不清且無法檢驗的機率測度），不是（對非常複雜的不可見實體的投機性引入太多，將引力僅僅視為任何其他力），是的（無論人們如何回應它，這都是一個值得考慮的實際問題）。為了我們的存在，需要對基本物理引數進行精細調整。對這個問題的研究已經導致了許多非常有趣的研究。
霍根：物理學家肖恩·卡羅爾認為，證偽性作為判斷理論是否應被認真對待的標準被高估了。您同意嗎？
埃利斯：這是向後退了一大步，退回到伽利略和牛頓發起的基於證據的科學革命之前。基本思想是，我們從經過良好檢驗的物理學領域推斷到未知和無法檢驗領域的投機理論非常好，它們一定是真的。歷史證明，這是走向妄想的道路：僅僅因為你有一個好的理論並不能證明它是真的。另一個辯解是，沒有其他選擇。但可能根本沒有任何這樣的選擇。
科學家應該強烈抵制這種對其自身成功根基的攻擊。幸運的是，提出這一建議的科學家只是一個非常小的子集。
霍根：克勞斯、斯蒂芬·霍金和尼爾·德格拉斯·泰森一直在抨擊哲學是浪費時間。您同意嗎？
埃利斯：如果他們真的相信這一點，他們應該停止在自己的著作中沉迷於低階哲學。沒有假定的哲學基礎，你就無法進行物理學或宇宙學研究。你可以選擇不去思考這個基礎：它仍然會作為你所做事情的未經檢驗的基礎而存在。你不願意檢查你所做事情的哲學基礎，這並不意味著這些基礎不存在；這只是意味著它們未經檢驗。
實際上，哲學推測已經促成了大量的優秀科學。愛因斯坦對馬赫原理的思考在發展廣義相對論中發揮了關鍵作用。愛因斯坦與玻爾的辯論以及EPR論文促成了大量優秀的物理學研究，檢驗了量子物理學的基礎。我自己在宇宙學中對哥白尼原理的考察導致探索了一些偉大的空間均勻性觀測檢驗，這些檢驗已將未經檢驗的哲學假設轉變為可檢驗的——並且確實經過檢驗的——科學假設。那是好的科學。
埃利斯：您是基督徒，更具體地說是一位貴格會教徒。您的信仰對您的科學觀點有任何影響嗎，反之亦然？
它可能會在一定程度上影響我選擇處理的主題，但它不能影響科學本身，科學本身有其自身的邏輯，必須在相關理論的應用領域內遵循它所引導的任何方向，而沒有恐懼或偏袒。
我的哲學和宗教觀點當然必須認真對待當今的科學，但在這樣做時，（a）我非常清楚地區分了什麼是經過檢驗或可檢驗的科學，什麼不是，（b）我努力考慮現實的哪些方面可以透過嚴格的科學方法來理解，哪些方面超出了基於數學的努力來概括存在本質的各個方面的範圍。
生活的許多關鍵方面（例如倫理：什麼是善，什麼是惡，以及美學：什麼是美，什麼是醜）都超出了科學探究的領域（科學可以告訴你什麼樣的環境會導致北極熊的滅絕，或者實際上是人類的滅絕；它對這是否是好事或壞事沒有任何說法，這不是一個科學問題）。
試圖用神經科學或進化論來解釋價值觀實際上對什麼是善或什麼是惡沒有任何說法。這是一個哲學或宗教問題（試圖從這些方法中解釋倫理的科學家總是偷偷地通過後門引入一些未經檢驗的關於什麼是美好生活的概念）。例如，他們無法從科學角度告訴你，今天應該如何處理以色列或敘利亞問題。這種努力將是一個範疇錯誤。
霍根：您的社會行動主義——例如，您過去反對種族隔離制度的努力——是否與您的科學工作有任何關係？
不直接相關。它基於對人類價值觀和倫理的關注，而這些關注超出了科學本身的範圍。
霍根：您是否擔心今天如此多的研究——尤其是在美國——是由軍方資助的？
這不是我特別關心的問題——但它可能會成為一個問題，特別是關於腦研究。
霍根：在您的一些著作中，您警告不要在物理學和科學中過度決定論。您能否總結一下您的擔憂？
許多科學家是強還原論者，他們認為僅物理學就決定了現實世界中的結果。這顯然是不真實的——例如，我正在寫作的這臺電腦不可能僅僅透過物理學的力量而產生。
問題是，這些科學家專注於實際存在的因果關係網路中的某些線索，而忽略了其他明顯的線索——例如我們頭腦中的想法，或計算機程式中體現的演算法。這些顯然以自上而下的方式起作用，從而在現實世界中引起物理效應。所有這些過程和實際結果都依賴於上下文，這使得自適應選擇等過程的有效性成為可能，而自適應選擇是真正複雜性出現的關鍵。
正如我上面所說，數學方程只代表了現實的一部分，不應與現實相混淆。一個具體的相關問題：有一群人正在撰寫論文，其思想是物理學是一個計算過程。但是物理定律不是演算法。那麼，誰選擇了實現特定物理定律的計算策略和演算法？（可能是有限元？）它用什麼語言編寫？（大自然使用Java還是C++？使用什麼機器程式碼？）CPU在哪裡？什麼用於記憶體，以及讀寫命令以何種方式執行？此外，如果它是一個計算，大自然如何避免停機問題？這完全是一個非常糟糕的類比，行不通。
霍根：愛因斯坦在下面的引言中，似乎懷疑自由意志：“如果月球在完成其圍繞地球的永恆執行的過程中，被賦予了自我意識，它會完全相信它是按照自己的意願執行的……一個被賦予更高洞察力和更完美智慧的存在，在觀察人和他的行為時，也會對人自以為是地按照自己的自由意志行事的幻覺一笑置之。”您相信自由意志嗎？
埃利斯：是的。愛因斯坦正在延續所有因果關係都是自下而上的信念。事實並非如此，我可以從社會學、神經科學、生理學、表觀遺傳學、工程學和物理學中舉出許多例子來證明這一點。此外，如果愛因斯坦在某種有意義的意義上沒有自由意志，那麼他就不會對相對論負責——它將是較低層次過程的產物，而不是智慧頭腦在可能的選擇之間進行選擇的產物。
我發現很難相信情況會是這樣——事實上，這似乎沒有任何意義。物理學家應該注意亞里士多德的四種因果形式——如果他們有自由意志來決定他們正在做什麼。如果他們沒有，那麼為什麼要浪費時間與他們交談？那麼他們就不對他們所說的話負責。
霍根：如果您是物理學之王，負責確定研究的優先順序和資助，您的第一個決定是什麼？
埃利斯：凝聚態物理學和量子光學是我首先關注的領域——在這些領域，相對適度的投資正在產生驚人的實驗和可檢驗的理論。物理學與生物學、醫學和神經科學的關係是一個應該大力發展的奇妙領域。
是的，我當然希望看到天文和高能物理學儘可能地繼續發展，但代價必須合理。像Bicep2這樣的專案帶來了巨大的回報，引力波天文學是最後的邊疆，因此必須探索，目前的許多偉大的觀測宇宙學專案也是如此。為越來越大的對撞機投入巨資需要有充分的理由。