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是什麼區分了好的惹事者和壞的惹事者？富有成效的煽動者與僅僅是反叛者、吹牛大王、譁眾取寵者有何不同？ 這相當於哲學劃界問題的個人化版本，該問題涉及區分真科學和偽科學。 李·斯莫林，一位在加拿大 Perimeter Institute 理論物理研究所工作的 59 歲物理學家，一直給我的印象是一個好的——甚至是必要的——惹事者。 我在 1990 年代初期首次採訪了他關於圈量子引力的問題。 圈量子引力由阿貝·阿什特卡、卡洛·羅韋利等人構思，旨在解決一個長期存在的難題，即量子力學與愛因斯坦的引力理論——廣義相對論的不相容性。 斯莫林為弦理論（一種更流行的量子引力模型）做出了貢獻，但在他 2006 年出版的頗具爭議的書籍《物理學的困惑》(The Trouble with Physics) 中，他對弦理論的統治地位表示遺憾，並認為物理學需要更多樣化、更具創造性的思維。 斯莫林在其他四本書中提出了物理學和宇宙學方面的創新想法，包括最近與人合著的《奇異宇宙》(The Singular Universe)。 在他的著作中，斯莫林以一種既復古又新穎的方式，援引了物理學的哲學、社會和歷史維度。 我最近釋出了與物理學家 喬治·埃利斯、卡洛·羅韋利、愛德華·威滕、加勒特·利西 和 保羅·斯坦哈特 的問答，他們的言論讓我好奇斯莫林在做什麼。 在我們電子郵件交流的結尾，他敦促年輕科學家尋求“你既是叛逆者又是保守派的熱點區域”。 斯莫林就生活在那個區域。
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霍根：你為什麼成為物理學家？
斯莫林： 我在 17 歲那年春天的一個晚上決定成為一名物理學家，這是因為我閱讀了愛因斯坦的自傳筆記。 他寫道，量子力學需要一個完善，其中必須包括它與廣義相對論的統一。 那時我是一個高中輟學生，計劃學習建築學； 但突然間，我意識到我可以追隨愛因斯坦，成為一名理論物理學家，並研究這兩個問題。 這定義了我的人生。
我記得當時我在想，我認識一些比我聰明、數學更好的人，但也許我仍然有很小的機會發現一些東西，因為大自然比我們所有人都聰明得多。
然後我閱讀了我能找到的關於愛因斯坦的所有著作，首先是關於狹義相對論和廣義相對論的論文。（我對在建築中使用曲面的興趣已經促使我學習微分幾何。）然後我閱讀了馬赫和牛頓，以及後來的萊布尼茨。）為了理解愛因斯坦對量子力學的不滿，我閱讀了玻爾、海森堡和薛定諤的書籍和論文，以及愛因斯坦-波多爾斯基-羅森 (EPR) 論文。 因此，在我上任何正式的物理課程之前，我就沉浸在 20 世紀早期偉大物理學家的原始論文和著作中。 這讓我對物理學的發展有了一個認識，即這是一個持續幾個世紀的思想發展過程。 從這個角度來看，今年或十年流行什麼似乎不如理解空間、時間、物質和運動是什麼的長期鬥爭重要。 這給了我自己的指南針。
霍根：您是否——或者曾經——相信存在物理學的終極理論，如斯蒂芬·霍金所定義的那樣？
斯莫林：我個人一直對下一步感興趣，這本身就足夠具有挑戰性了。 我很樂意將科學從理解大爆炸後的前三分鐘推進到我們已經測試了一些關於大爆炸前三分鐘的假設的階段。
除此之外，我信任科學的傳統和社群來照顧長遠發展。 同時，讓我們關注量子理論和相對論及其關係； 如果我們成功了，將需要幾代人的時間來理清其影響。 我們仍然致力於完成愛因斯坦發起的革命。 不足為奇，這是一個漫長的過程。 上一次規模相當的革命從哥白尼的書到牛頓用了 140 年。 當實現這一目標時，我們將擁有一幅與我們目前的理解截然不同的圖景，就像牛頓的理解與伽利略的理解截然不同一樣。 讓我們等到那時再評估下一步該怎麼做。
當你瞭解物理學的歷史時，你會痛苦地意識到每個時代都高估了其理解範圍。 科學進展順利，但在每個階段，我們都擁抱形而上學的幻想，這些幻想似乎受到科學的驅動，但當人們在未來了解更多時，它們看起來會很愚蠢。 正如布萊恩·伊諾曾經說過的，“沒有什麼比一個時代對未來的概念更能使其過時。”
霍根：你在《物理學的困惑》(The Trouble with Physics) 中指出的問題是否變得更糟了？
斯莫林：我指出了兩種問題：科學問題和社會學問題。 我描述的困擾弦理論的科學問題沒有太大進展。 雖然與弦理論相關的數學已經發展，並且最初在弦理論中產生的思想 (AdS/CFT) 在其他領域的應用也取得了進展，但認真對待弦理論作為自然基本理論的障礙仍然沒有解決。 其中包括缺乏對該理論的完整定義、景觀問題、缺乏對可操作實驗的任何可證偽的預測以及未能證明諸如有限性之類的關鍵猜想。
社會學問題也沒有太大變化。 自這本書出版以來，我所理解的是，這些問題影響了從經濟學到計算機科學再到教育再到醫學的許多研究和學術領域，僅舉幾例。 我收到了來自這些領域和其他領域的專家的許多來信，他們聯絡我說他們的領域也受到我在書中提出的相同社會學問題的困擾。
這些問題的根源在於學院的職業和資助結構獎勵“me-too”科學、缺乏勇氣、失敗的研究計劃的固化、遺產建設、帝國建設、狹隘、防禦性策略和群體思維的方式。 任何有能力為學者制定激勵措施的人都應該關注這些問題，例如資助機構和基金會的官員、大學領導和管理者、私人捐助者。 許多人與我交談並表示擔憂，少數人正在努力制定激勵措施，以獎勵高風險/高回報、變革性科學，並避免群體思維、低風險/低迴報和“me-too”科學。 我可以提到坦普爾頓基金會和 FQXi 是該領域的領導者。 但做得還遠遠不夠。 第一步是將 10% 的研究經費轉移到變革性的高風險/高回報研究。
要避免的一個危險是，新的倡議被帝國建設者和遺產追尋者所捕獲，他們將旨在用於變革性科學的資源轉移到支援成熟但失敗的研究方向。 這很容易透過關注狹隘的卓越概念來完成，這些概念獎勵技術上的精湛技藝，而不是新思想的創造。 問題在於新思想總是脆弱的； 此外，遵循漸進式低風險策略的科學家通常比我們這些專注於高風險策略的科學家更擅長學術政治，因為——他們的研究不那麼具有挑戰性——他們有更多的時間和精力投入到學術影響力遊戲中。
Trouble 的一些讀者批評我沒有關注我自己的量子引力領域中的社會學問題，所以讓我在這裡說，這些問題也存在於那裡——儘管由於這些領域獲得的支援的脆弱性，形式略有不同。 在這種背景下認識我的人都知道，我一直是開放會議和研究小組以容納不同觀點和研究計劃的永久倡導者。 事實仍然是，LQG 研究人員在我們的會議和研究小組中接觸和包括弦理論家方面比反過來做得更多。
霍根：物理學是否陷入困境，部分原因在於它正在觸及基本限制？
斯莫林：不，我認為我們遠未觸及知識的任何限制。 時代精神似乎普遍存在缺乏冒險精神的問題，與 1980 年之前的世紀相比，從交通運輸和能源到音樂風格，許多領域的創新都放緩了。 這方面有一些例外，例如消費電子產品，但這種創新放緩應該引起廣泛關注。
霍根：愛德華·威滕仍然堅持認為弦理論是統一理論的最佳候選者。 你有什麼評論？
斯莫林：我認為弦理論所基於的基本見解可能捕捉到部分真理。 這就是量子規範理論的物理學可以用擴充套件物件的動力學來重新表達，首先是弦。 這實際上與圈量子引力的核心見解相同。 我們有充分的證據表明量子規範場描述了基本粒子的相互作用，而且自從阿什特卡的工作以來，我們也知道廣義相對論的最深刻描述是作為規範場，因此這種見解可能是根本性的。
話雖如此，我也懷疑弦理論已經嚴重偏離了方向，並且它目前對這種見解的表達缺乏描述自然所必需的基本特徵。 首先，它缺乏背景獨立性。 其他方面，包括超對稱性，可能是死衚衕——對數學有益，但與物理學無關。
當然，弦理論面臨的最大問題是缺乏與實驗的聯絡。 只要他們停留在當前的思想框架內，似乎就沒有更好的方法。 景觀問題似乎是真實存在的，這就是為什麼我在 90 年代初就指出了這個問題並創造了宇宙自然選擇來解決它。
有人聲稱要測試受弦理論啟發的思想在物理學其他領域的應用，但這並不能檢驗弦理論是自然基本理論的假設。
圈量子引力是同一思想在背景獨立框架中的表達。 它更進一步，並且作為一種量子引力方法，現在正以比弦理論更快的速度發展，但那裡也需要新的想法。
我確信，為了在統一專案上取得真正的進展，我們需要新鮮的想法和新穎的原則。 所以我相信弦理論和 LQG 都可能朝著令人驚訝的方向發展，但仍然捕捉到它們共同的基本見解。
與此同時，除了弦理論與圈量子引力的對話之外，還湧現出許多年輕人正在開發的新方法。 這些包括各種各樣的想法，例如散射振幅的研究、形狀動力學、群場論、相對局域性。
霍根：但是圈量子引力仍然可能最終成為正確的量子引力理論？
斯莫林：正如我所說，LQG 與弦理論基於相同的基本思想，並且它在背景獨立的背景下發展了它，我相信這一定是正確的。 因此，它包含了兩個重要的見解。 它有幾個關鍵結果支援其合理性，包括正確計算了通用黑洞的黑洞熵，並在經典極限中正確獲得了廣義相對論的出現。 這是一個非常重要的領域，具有強烈的進步感和許多令人驚歎的年輕人。 大約有 200 名研究人員參加我們的會議。
所以我認為 LQG 很可能捕捉到了真理的重要方面。 它當然值得進一步探索。
話雖如此，我認為也缺少關鍵的想法。 其中一些是技術性的，另一些則涉及時間的作用，這是我最近兩本書的主題。 而且，LQG 迄今為止缺乏一種乾淨的方式，將其基本結果——量子幾何的離散性——與明確的實驗預測聯絡起來。 有一個關於這如何運作的粗略圖景，其中包括觀察離散性對光子和中微子在宇宙距離上傳播的影響，並且正在進行所需靈敏度的觀測。 但這需要最終確定下來。
霍根：您是否曾經想過，物理學家的心理需求——而不是自然的某些內在屬性——是否正在驅動對統一理論的追求？
斯莫林： 我認為有一個令人信服的論點支援引力與量子物理學的統一。 這就是實驗可及現象的存在，這些現象需要這種統一來描述它們。 人們只需根據自然常數進行量綱分析就可以證明這一點。 所以我確信存在量子引力現象，並且必須將它們理解為完成愛因斯坦發起的革命的一部分。
關於統一的一些懶惰的想法反映了不加批判的思維，例如現象越基本，它就必須具有越多的對稱性。 當你認真思考這個問題時，你會意識到它必須恰恰相反。 羅傑·彭羅斯過去常說這一點，事實上，最基本的理論可以沒有對稱性的見解可以追溯到萊布尼茨。 我也認為我們需要摒棄數學美是統一關鍵的陳舊觀念。 數學是我們最有用的工具，但認為它應該是預言性的想法已經造成了很多危害。
霍根：我們是否必須接受量子力學的悖論，還是更深層次的理論可以消除它們？
斯莫林：我確信，90 年來未能對量子力學給出令人滿意的“解釋”（嚴格來說，除了在操作層面上），意味著如果不完善量子力學，就無法解決測量問題。 也就是說，問題不在於我們如何談論量子物理學，而在於對量子系統動力學的理解不完整。 量子力學對宇宙的小型子系統給出了非常有用的近似描述，但就目前而言，它不能擴充套件到整個宇宙的理論。 尋找量子物理學向宇宙學合理擴充套件的問題與尋找其完善的問題相同。
在我的整個職業生涯中，我提出了量子力學的可能完善方案。 其中一些是基於矩陣模型，最近我提出量子態對應於宇宙中相似系統的集合； 這一想法的靈感來自萊布尼茨的不可區分者恆等原理。
霍根：宇宙加速膨脹——可以說是過去 30 年物理學中最重要的發現——為什麼沒有帶來更多的理論進步？
斯莫林：在某種程度上，這沒有問題，因為宇宙膨脹的加速很容易透過在愛因斯坦方程中新增宇宙常數來描述，就像愛因斯坦在 1917 年提出的那樣。 問題僅僅在於該常數的值——它小得離譜。 這是困擾粒子物理學標準模型的基本問題的一個極端例子，即我們不理解我們需要編寫物理定律的約 30 個引數中任何一個引數值的理由。
我確信所有這些難題的答案一定是這些常數在演化，因此對其值的解釋必須是歷史性的。 事實上，宇宙自然選擇為觀測到的宇宙常數值提供了一個合理的解釋。
霍根：一些領先的物理學家，例如泰格馬克、薩斯坎德和格林，擁護多元宇宙理論加上人擇原理，將其作為宇宙學的最終框架。 你有什麼評論？
斯莫林：這是一種障眼法，他們希望藉此將解釋上的失敗轉化為解釋上的成功。 如果我們不理解基本常數在我們的宇宙中取的值，那就假設我們的宇宙是一個無限且不可觀測的宇宙集合的成員，每個宇宙都具有隨機選擇的引數。 我們的宇宙之所以具有現在的價值，是因為這些價值使其適合生命居住。
作為科學假設，這有很多錯誤之處。 正如我在我的三本書和幾篇論文中詳細解釋的那樣，很難看出它如何能為可行的實驗做出任何可證偽的預測。 相反的說法是謬論，正如我和其他人已經詳細解釋的那樣。 我不會將細節強加給你的讀者，但只想提一下，這些批評尚未得到解答。
我們必須做的是提出定律和常數可能演化的機制，這些機制暗示了可以透過可證偽的預測來檢驗它們。 我提出了兩個：宇宙自然選擇和先例原則。
霍根：你在上面和你的新書中暗示，自然定律會“演化”。 這種假設不會使物理學和宇宙學更加靈活，從而更難證偽嗎？
斯莫林：不，宇宙自然選擇 (CNS) 的關鍵教訓是，它為真實觀測做出了可證偽的預測。 事實上，我在 1992 年釋出的預測已經成立。 舉一個例子：不可能有比太陽質量兩倍更重的neutron star。 目前的限制已經很接近了； 最重的、經過良好測量的 neutron star 的質量為太陽質量的 1.9 倍，但到目前為止，還沒有超過這個質量的。
起初，我的直覺和你的問題表達的相同。 但這是錯誤的； 使定律演化會增加科學的可證偽性，因為它增加了可以檢驗的假設的數量，因為它們暗示了可證偽的預測。 原因在於，額外的假設涉及演化發生的過程。 由於這些過程會在過去發生，因此它們暗示的預測可以透過真實觀測來檢驗。 我的著作《宇宙的生命》(Life of the Cosmos) 和《時間重生》(Time Reborn) 詳細討論了這一點。
協調演化定律與可證偽性的一種方法是關注時間尺度的大層次結構。 定律的演化在當前條件下可能很緩慢，或者僅在不常見的極端條件下發生。 在更短的時間尺度上，並且遠離極端條件，可以假設定律是不變的。
正如羅伯託·曼加貝拉·昂格爾和我合著的新書《奇異宇宙》(The Singular Universe) 中所論證的那樣，宇宙學家最重大的發現是宇宙有歷史。 我們認為這必須擴充套件到定律本身。 當問題從列出物種轉變為物種如何演化的動態問題時，生物學就變成了科學。 基礎物理學和宇宙學必須將自身從尋找永恆的定律和對稱性轉變為研究關於定律如何演化的假設。
霍根： 你似乎希望更多的想象力和創造力能夠使物理學擺脫當前的僵局。 但物理學難道不是正遭受想象力過剩和資料不足之苦嗎？
斯莫林：更多的資料總是好的。 想象力也很棒，但是當你問錯了問題時，想象力就無法發揮作用。 如果彭羅斯和萊布尼茨是對的，即我們對自然的理解越深刻，定律的對稱性就越小，那麼想知道什麼對稱性統一了基本粒子和力就毫無用處。 當真正的故事是定律演化了，因此要從歷史上解釋時，尋找構建永恆定律的原則也是沒有成效的。
霍根：在 2002 年，我與道雄·卡庫打賭 1000 美元，到 2020 年，“沒有人會因為研究超弦理論、膜理論或描述自然界所有力的其他統一理論而獲得諾貝爾獎”。 你後悔沒有和我打賭那 1000 美元嗎？
斯莫林：不，我會站在你這邊。 這是我提出的另一個賭注：在觀測到經典引力波之前，將在普朗克尺度上測試量子引力效應對光傳播的影響（例如洛倫茲不變性的破壞或變形）。 如果有人接受我的賭注，我就贏了，因為費米衛星對伽馬射線暴的觀測已經將洛倫茲不變性的一些可能偏差限制在普朗克尺度之上，而 LIGO 迄今為止還沒有看到任何東西。
霍根：羅傑·彭羅斯曾暗示，統一理論也可能有助於解決意識問題。 你同意嗎？
斯莫林：羅傑是一位深刻而有創見的思想家，就其思想和見解的持久重要性而言，他比現在幾乎所有活著的人都更勝一籌。 儘管如此，在這方面，我懷疑他超越了當前科學的界限。 他絕對正確地認為意識是真實的，並且它在自然界中的作用是一個物理學問題。 但我懷疑物理學需要取得更大的進步，我們才能擁有構建關於意識的有用假設的詞彙。
霍根：神經科學是否為聰明的未來科學家提供了比物理學更好的未來？
斯莫林：神經科學是一個極好的工作領域，有望取得重大發現。 我一直這樣認為，實際上，唯一能吸引我從事物理學事業的替代選擇是大學期間對神經科學的短暫涉足。 但這是一個像物理學一樣被過時的形而上學包袱所困擾的領域。 尤其是，任何響應和處理資訊的物理系統都與數字可程式設計計算機同構的過時觀念正在阻礙進步。
物理學也有望取得重大發現。 我想給未來科學家的最好建議是做你最喜歡的事情，確保你掌握了工具和技術，然後努力進入你既是叛逆者又是保守派的熱點區域。
延伸閱讀：
“如果你想要更多希格斯炒作，請不要閱讀此專欄。” https://blogs.scientificamerican.com/cross-check/2012/07/04/if-you-want-more-higgs-hype-dont-read-this-column/
“宇宙小丑：斯蒂芬·霍金的“新”萬物理論還是老一套的垃圾。” https://blogs.scientificamerican.com/cross-check/2010/09/13/cosmic-clowning-stephen-hawkings-new-theory-of-everything-is-the-same-old-crap/
““對多元宇宙的投機是否像對次級抵押貸款的投機一樣不道德？”” https://blogs.scientificamerican.com/cross-check/2011/01/28/is-speculation-in-multiverses-as-immoral-as-speculation-in-subprime-mortgages/
圖片來源：Edge.org：http://edge.org/conversation/think-about-nature。
*新的修訂標題比原標題好得多得多得多：惹事者李·斯莫林質疑物理定律是否“永恆”。