如果不能尋找終極理論，物理學還有什麼意義？

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撰文 Ashutosh Jogalekar

翻譯 秦琪凱

審校 丁家琦

羅伯特·奧本海默和阿爾伯特·愛因斯坦：兩人似乎在晚年都認為尋找基本規律是物理學中最重要的事。（圖：阿爾弗雷德·艾森士塔特，《生活》雜誌）

羅伯特·奧本海默（Robert Oppenheimer）對物理學的一大貢獻就是他在晚年一無所求。1939年，奧本海默和他的學生哈特蘭·斯奈德（Hartland Snyder）在當時首屈一指的物理學期刊《物理評論》（Physical Review）上發表了一篇5頁的短論文（巧合的是，就在這期雜誌發行的同一天，納粹德國進攻了波蘭），列出了今天我們所知的黑洞的基本特徵。在同一期的雜誌上，尼爾斯·玻爾（Niels Bohr）和約翰·惠勒（John Wheeler）共同發表了另一篇關於核裂變原理的文章。隨後，第二次世界大戰爆發，玻爾和惠勒的論文一夜之間成為焦點，而奧本海默和斯奈德的論文則被束之高閣。

戴森說：「這是因為奧本海默在晚年堅信，一個嚴肅的理論物理學家只應當關注一個問題，就是發現物理學的基本方程。愛因斯坦當然也抱有同樣的看法，他們認為發現正確的方程才是頭等大事，一旦發現了正確的方程，研究這個方程在特定條件下的解就成了二流物理學家，甚至研究生都能勝任的日常練習。」

奧本海默和愛因斯坦的看法與歷史上許多偉大的物理學家如此相似：一個物理學家所能從事的最重要的工作就是對基本定律的探索，其他的一切都不重要。就我個人來說，我不喜歡這種看法，但不管是好是壞，縱觀物理學史，這種看法也許是有一定道理的。

此前，科學作家查德·奧澤爾（Chad Orzel）發表了一篇具有深刻見解的博文，文章的標題就旗幟鮮明地表明了觀點：「跟我來念：粒子物理學不是物理學的全部」（Repeat After Me: Particle Physics Is Not All of Physics）。他的觀點無可非議，很多粒子物理學家們確實表現得好像只有他們遇到的問題才是真正值得關注的一樣，好像一旦這些問題都碰了壁，整個物理學都要陷入停滯。這當然是無稽之談，畢竟世界上大多數的物理學家的研究對象都與量子色動力學和希格斯玻色子無關。奧澤爾舉了一個事實來證明上述觀點只是少部分人所持的，即美國物理學會的大多數成員都是凝聚態物理學家，粒子物理學學家只排第二，而且即使這樣， 「這個排名也高估了直接從事萬有理論（Theory of Everything）的人數。事實上，從事這一領域的物理學家只佔職業物理學家中的極少數（如今他們的工作還正由於理論和實驗方面的最新進展——或者說缺乏最新進展而遭受危機），他們的數量在媒體中被過度放大，或許是因為多重宇宙這樣的概念聽起來很酷。但實際上，哪怕這幫做基本粒子的物理學家明天全被吸入一個黑洞，整個物理學領域甚至都不會受到多大影響。」

關於理論物理被媒體過度炒作這一點，我是十分贊同的，公眾似乎覺得只有粒子物理學才是物理界唯一值得興奮的東西，我也曾寫過一篇文章為這樣的現實而惋惜，呼籲大家關注實驗物理學家（或者說凝聚態物理學家）的努力而發聲，向公眾介紹他們的科學領域。

話雖如此，我仍然覺得，其實各類物理學家在內心還是對基本定律抱有偏愛。事實上，即使大部分物理學家自己並不研究基本定律，但在哲學上很難否認，物理學的歷史很大程度上就是在尋找以統一為名的基本定律的過程中建立起來的。

自物理學誕生以來，從事這一事業的人就一直致力於從不同的現象中尋找共同點。伽利略發現了木星具有衛星，就像地球有月亮一樣。牛頓的最大成就是推翻了2000年來亞里士多德關於運動的以太論，證明了天上地下的物體遵守著相同的規律。統一，依舊是物理學發展的最高準則。從法拉第和麥克斯韋對電與磁的統一，到溫伯格等人對弱作用與電磁作用的統一，正統的物理學史可以簡單地被概括為「統一」的過程。

這些故事我們都知道，但統一之所以能成為物理學家們最愛的歷史瞬間，是因為統一帶來了簡化，而這樣的簡化往往是尋找基本定律的重要組成部分。一位物理學家半開玩笑地說，最基本的定律應當是在餐巾紙上用一行就能寫下，但卻可以解釋一切的方程。把描述兩種不同現象的方程簡化成同一個式子，不僅令人萬分激動，還極其實用。因此，從統一的基本定律中獲益的不僅僅是粒子物理學家，也有各個其他方向的物理學家，而凝聚態物理學家和粒子理論物理學家一樣重視簡化，也不言而喻。

或許你會以為關於以太的理論離實際生活太遠，但如果沒有麥克斯韋方程組，二戰期間的科學家與工程師就不可能研究出雷達。事實是，哪怕凝聚態物理學家自身並不研究基本定律，哪怕全世界的弦理論學家都放棄研究去寫存在主義小說了也不可能對凝聚態物理的日常研究造成很大影響，但不可否認的是，每個凝聚態物理學家都早已受益於基本定律了，不管他們在個人層面上是否有意將自己的研究與量子力學和廣義相對論的統一相關聯。

大多數物理學家都會思考關於美學與完備性的問題，即使這與他們自己的工作關係不大。凝聚態物理學家很可能會信奉菲利普·安德森（Philip Anderson）著名的格言「More is Different」（「多而不同」），認為通過純粹的還原論方法並不能解決超導或者巨磁阻這樣複雜的凝聚態物理學問題，但我覺得他們中的每個人其實內心裡都很希望出現一套直接、簡單、基本的理論，能解釋從夸克到超導陶瓷的一切物質的特性。不能因為目前為止弦理論與凝聚態物理學課題之間還沒找到聯繫，就說你不期待能找到一個。從古代社會起，我們就一直試著去探索對物理現象的解釋，發現關於宇宙的最基本統一且自洽的原理一直是物理學的目標。不管你是否積極投身到這些定律的探索中，事實就是這樣。

所以，儘管沒能發現量子引力理論不太會影響對拓撲絕緣體或者DNA的探索，但實際上，它至少向各個領域的物理學家傳遞了一個令人不安的信息：在最基本的層次上，我們的科學仍然是無關聯且不完整的。這樣的真相也許不僅僅會令粒子物理學家的研究陷入困境，也會讓其他更多的物理學家對自己的研究產生不安和不確定的感覺。

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