——讀Sabine Hosenfelder的《迷失》Lost in math, how beauty leads physics astray
總的感覺(jué)，本書(shū)寫(xiě)的也是“物理學(xué)的困惑”——比Smolin那本批評(píng)弦論的書(shū)更為“深沉”。作者“撒姐”（Sabine Hossenfelder）現(xiàn)在德國(guó)法蘭克福高等研究院做當(dāng)今最“前沿的”物理，如標(biāo)準(zhǔn)模型、量子引力和廣義相對(duì)論的改進(jìn)，曾多處游學(xué)，深知圈內(nèi)的故事，敢說(shuō)大家不想（不愿或不能）說(shuō)的話(huà)。她認(rèn)為物理學(xué)近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)停滯了，人們提出了大量錯(cuò)誤的預(yù)言，而越來(lái)越強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)幾乎什么也沒(méi)發(fā)現(xiàn)。物理學(xué)命運(yùn)共同體卻沒(méi)有認(rèn)真反思。她在游學(xué)中訪(fǎng)談了多個(gè)物理學(xué)家，如Nima Arkani-Hamed，Steven Weinberg，F(xiàn)rank Wilczek，Garrett Lisi，寫(xiě)了這本物理學(xué)“現(xiàn)形記”，可能令一些人不舒服。（Smolin曾勸撒姐不要寫(xiě)。）拿本書(shū)與前些年的幾本混著看，如Smolin的物理學(xué)（主要是弦論）困惑、Peter Woit對(duì)弦論的批判（Not Even Wrong, The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law for Unity in Physical Law）以及Penrose對(duì)當(dāng)下物理學(xué)的反思（新書(shū)《物理學(xué)狂想曲》），門(mén)外人也能多少看到當(dāng)今物理學(xué)的氣象。
本書(shū)標(biāo)題怪?jǐn)?shù)學(xué)把物理帶偏了，但迷失的是人?，F(xiàn)代物理學(xué)（乃至現(xiàn)代科學(xué)）離不開(kāi)數(shù)學(xué)，不但其成長(zhǎng)離不開(kāi)，連出生也離不開(kāi)。數(shù)學(xué)之于科學(xué)，正如陽(yáng)光之于生命。何曾有人懷疑生命在陽(yáng)光下迷失？物理的數(shù)學(xué)美可追溯到畢達(dá)哥拉斯的天球樂(lè)音和柏拉圖的正多面體，而真正實(shí)現(xiàn)美的是相對(duì)論和標(biāo)準(zhǔn)模型。廣義相對(duì)論令?lèi)?ài)因斯坦感覺(jué)“純粹的思想能把握實(shí)在”。可當(dāng)外爾從純粹的數(shù)學(xué)導(dǎo)出電磁力與引力時(shí)（1918年），老愛(ài)卻感到不安，因?yàn)樗环衔锢韺?shí)在。老愛(ài)的數(shù)學(xué)感遠(yuǎn)不如他的物理直覺(jué)，他對(duì)來(lái)自純數(shù)學(xué)的物理結(jié)果（如宇宙膨脹）的判斷常常顯得保守；他的“純粹的思想”終究是以物理為底線(xiàn)的，他的概念自由總是帶著物理直覺(jué)的緊箍咒。數(shù)學(xué)在物理學(xué)中脫韁了，以“后經(jīng)驗(yàn)物理學(xué)”的弦論為極端代表。有人歡呼它盡善盡美，也有人說(shuō)它是一團(tuán)不成形的思想瘴氣（a miasma of ideas）（發(fā)美問(wèn)的Frank Wilczek如是說(shuō)）。數(shù)學(xué)美在這里也感覺(jué)尷尬。
物理數(shù)學(xué)化偏離初心似乎是“大勢(shì)所趨”：今天物理太發(fā)達(dá)了，99.99%的新想法都會(huì)被已知的理論、實(shí)驗(yàn)和事實(shí)否定，剩下的就只能是距離實(shí)在很遠(yuǎn)的數(shù)學(xué)形式，其預(yù)言（如果有的話(huà)）的實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越當(dāng)下的條件，生也有涯的理論家們只好寄托于方程之美，希望數(shù)學(xué)美的慣性能廣延到更新的領(lǐng)域?？唇袢盏臄?shù)學(xué)與物理，幻如莊周與蝴蝶。“不知周之夢(mèng)為胡蝶與？胡蝶之夢(mèng)為周與？” 作者的朋友說(shuō)了句老實(shí)話(huà)：你可能一輩子遇不上一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以能躺平編故事了。自L(fǎng)HC在2016年8月發(fā)布數(shù)據(jù)后，一年內(nèi)冒出了500多篇討論數(shù)據(jù)漲落的文章，很多發(fā)表在頂級(jí)刊物上，引用數(shù)最多的超過(guò)了300（有人算過(guò)愛(ài)因斯坦的h指數(shù)只有56）——這大概就是彭羅斯所說(shuō)的物理學(xué)的時(shí)尚。
一個(gè)數(shù)據(jù)演繹千百個(gè)故事，卻沒(méi)有一個(gè)好問(wèn)題；解決一個(gè)問(wèn)題總伴隨更多的問(wèn)題，而這些問(wèn)題似乎也成了答案的一部分，如宇宙暴脹、多重宇宙、全息宇宙、暗能量、暗物質(zhì)等千奇百怪的“景觀(guān)”……它們是答案還是問(wèn)題呢？共同體的人們?yōu)榕f理論賦予了“剛性”（rigidity）和“慣性”（inevitability），躲不開(kāi)，越不過(guò)，也打不破。舊理論的剛性和慣性滋生了人的惰性，共同體甘愿做共同的事情而不再獨(dú)自尋求新的基本問(wèn)題。歷史證明數(shù)學(xué)只有在出現(xiàn)矛盾時(shí)才能引領(lǐng)方向。如從牛頓理論到相對(duì)論，從量子論到量子場(chǎng)。當(dāng)下最顯著的矛盾正是相對(duì)論與量子論的矛盾，可共同體寧愿亂點(diǎn)鴛鴦，擊鼓傳花造“量子引力”。借作者朋友Nima在書(shū)中的話(huà)說(shuō)，“相對(duì)論和量子論令人震驚地（shockingly?。┫拗屏宋覀兊淖鳛?。”那么，新理論的出路應(yīng)該是讓舊結(jié)論重新成為問(wèn)題。
撒姐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今研究的大多數(shù)問(wèn)題都是為了數(shù)字上的一致（numerological coincidences），如希格斯粒子的質(zhì)量，宇宙學(xué)常數(shù)的數(shù)值等等。這些都不是真正的物理的矛盾，而只是數(shù)學(xué)美的焦慮。如果沒(méi)有“美”的羈絆，它們也就不是什么問(wèn)題了。“美”其實(shí)只是我們?yōu)槌晒碚撟氛J(rèn)的一種德性，而非理論天生的稟賦。就像所謂成功人士的傳記，主人公的任何品性都可能被夸耀為成功的要素，但誰(shuí)的身上挖不出幾個(gè)類(lèi)似的品性而又有幾個(gè)誰(shuí)重復(fù)了別人的成功呢？有人以“自然性原則”來(lái)替代美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。自然性主要是對(duì)物理參數(shù)（無(wú)量綱）的要求，即參數(shù)不能太大也不能太?。ㄈ鐣?shū)中說(shuō)的，不能偏離1太遠(yuǎn)）。它還有些具體的技術(shù)性?xún)?nèi)容，如低能級(jí)理論不依賴(lài)于高能級(jí)理論的參數(shù)選擇。Giudice在2008年的一篇文章里解釋?zhuān)匀恍愿拍钍峭ㄟ^(guò)共同體的集體活動(dòng)形成的，它是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)模型的諸多不自然（如參數(shù)太多）——如果想擺脫數(shù)字巧合的丑陋，就必須有新的發(fā)現(xiàn)。同事Michael Kr?mer（領(lǐng)導(dǎo)LHC的一個(gè)新物理研究小組）很驚訝，人們?cè)谧匀恍陨腺M(fèi)那么大功夫，十年重復(fù)相同的東西卻不認(rèn)真反思，還靠它驅(qū)動(dòng)模型。“雖然我仍然認(rèn)為自然性頗為誘人，但我再也不信它能給LHC帶來(lái)新物理。”他說(shuō)，有個(gè)支持自然性原則的伙伴，10年前做“自然的”超對(duì)稱(chēng)，說(shuō)得天花亂墜；兩年后卻寫(xiě)了“不自然的”超對(duì)稱(chēng)論文。那位兄弟90年代提出額外空間維可以在LHC找到（此文的引用數(shù)已經(jīng)超過(guò)5000了），其自然性在于不需要超越TeV能級(jí)太多，他還鼓動(dòng)在中國(guó)建造新的粒子加速器。LHC令人失望了，大自然也令人懷疑本身就“不自然”。自然性的品格是超然（sublime）、必然和自足，而非權(quán)宜和任意。可這些品質(zhì)不就是數(shù)學(xué)美嗎？這里我們才明白老子說(shuō)的，“天下皆知美之為美,斯惡已”。
自然性顯然是數(shù)字問(wèn)題（當(dāng)然也包括所謂層級(jí)問(wèn)題）逼出來(lái)的借口；標(biāo)準(zhǔn)模型的參數(shù)與弦景觀(guān)一樣，缺一個(gè)真正的“M”問(wèn)題和理論?；仡櫩茖W(xué)歷史，基礎(chǔ)問(wèn)題的解決都是從具體的小問(wèn)題開(kāi)始的。如百多年前物理學(xué)上空的兩朵烏云——以太漂移的零結(jié)果和均分定理的失敗——融化這兩朵烏云的相對(duì)論和量子論，沒(méi)有一個(gè)是專(zhuān)門(mén)為解決它們而特設(shè)的。今天物理天空漂浮的那些云朵，超對(duì)稱(chēng)、超粒子、多維空間、暗物質(zhì)、暗能量、暴脹、蟲(chóng)洞……也該有個(gè)共同的問(wèn)題歸宿，我們不知它在哪兒，大概率不會(huì)在未來(lái)LHC或其他什么大實(shí)驗(yàn)機(jī)器里，因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)本身就是沒(méi)結(jié)果的智慧之花。借當(dāng)下應(yīng)景的話(huà)說(shuō)，這一朵朵云彩，在新理論中都需動(dòng)態(tài)清零。
Penrose曾在普林斯頓大學(xué)漫談物理學(xué)的3F特征（fashion, faith, fatancy），即“時(shí)尚，信仰和想象”。大致說(shuō)來(lái)，弦論趕時(shí)尚，量子是信仰，宇宙靠想象。彭老想用他建立的扭量理論來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)統(tǒng)一的物理圖景。扭量是不是自然或優(yōu)美，能否成為物理，現(xiàn)在不好說(shuō)；但它有一點(diǎn)很美，即不為任何具體問(wèn)題特設(shè)條件，而是從根本上為時(shí)空尋求新的數(shù)學(xué)形式。這是相對(duì)論的路線(xiàn)。彭老說(shuō)，像廣義相對(duì)論那樣的新數(shù)學(xué)模型，并非單為最能適應(yīng)事實(shí)而發(fā)明的人造理論，它本來(lái)就運(yùn)行于自然之中（這當(dāng)然也是一種模糊的感覺(jué)）。數(shù)學(xué)美是自然之道的一部分，而不是我們從它感受的東西。以自以為美的感覺(jué)去評(píng)判物理，當(dāng)然要走入歧途。愛(ài)因斯坦早就區(qū)別過(guò)數(shù)學(xué)與物理（1921年1月27日在普魯士科學(xué)院的演講《幾何與經(jīng)驗(yàn)》）：“就數(shù)學(xué)命題針對(duì)實(shí)在而言，它們是不確定的；就其確定而言，它們并不針對(duì)實(shí)在?！?/p>
撒姐最后總結(jié)了三點(diǎn)，或可作為老愛(ài)的注釋?zhuān)涸谟脭?shù)學(xué)解決問(wèn)題時(shí)，首先保證問(wèn)題是真正的物理問(wèn)題；其次是將基于直覺(jué)的假定說(shuō)明白（“自然性”“簡(jiǎn)單性”之類(lèi)的假定就不明不白）；第三是必要的觀(guān)測(cè)指引?！拔锢聿皇菙?shù)學(xué)；它選擇合適的數(shù)學(xué)”?！叭绻悸?tīng)我的，世界會(huì)更美好?！保╰he world would be a better place if everyone listened to me.）譯者發(fā)揮了兩句詩(shī)，“我言維服，勿以為笑”（《詩(shī)經(jīng)大雅》），為本書(shū)畫(huà)了一個(gè)有趣的句號(hào)。
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