為了解決本領(lǐng)域那些難以對(duì)付的矛盾，物理學(xué)家煞費(fèi)苦心地提出各種解釋現(xiàn)實(shí)的模型。然而，這些模型越來(lái)越令人驚異……

理論物理學(xué)正遭遇一種矛盾的困擾。100年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在亞原子層面，物體既是粒子又是波。這個(gè)問(wèn)題在當(dāng)時(shí)很神秘，而且這種神秘性經(jīng)久不衰。正像波蘭裔美國(guó)心理學(xué)家約瑟芬·賈斯特羅于1899年繪制的鴨兔幻覺(jué)圖一樣，亞原子世界對(duì)我們來(lái)說(shuō)就是兩種不同范疇的存在。

但是，還有一個(gè)矛盾在作怪：物理學(xué)本身被量子力學(xué)和廣義相對(duì)論分裂開(kāi)來(lái)。這兩個(gè)對(duì)立的體系關(guān)于我們世界的描述不同，卻神奇地反映著波與粒子之間的這種張力。在物理學(xué)界，說(shuō)到非常巨大和極其微小時(shí)，似乎不是一個(gè)事情，而是兩個(gè)：一方面是量子力學(xué)，它將亞原子世界描述為狂蹦亂跳的個(gè)體量子的領(lǐng)域；另一方面則是廣義相對(duì)論，它將宇宙尺度的事件描繪成時(shí)空宏偉莊嚴(yán)的舞蹈，平滑流動(dòng)。廣義相對(duì)論就像施特勞斯，深沉、莊重、典雅；量子理論則像爵士樂(lè)，不連貫、不完整，摩登得讓人頭暈?zāi)垦！?/p>

物理學(xué)家對(duì)物理學(xué)這種分裂的性質(zhì)非常清楚，并且渴望能夠?qū)⑵淙诤匣蚪y(tǒng)一，這就是所謂“萬(wàn)物理論”的目標(biāo)。不過(guò)，對(duì)非物理學(xué)學(xué)者來(lái)說(shuō)，這些觀點(diǎn)碰撞的歷史及其產(chǎn)生的種種矛盾，看上去既撲朔迷離，又荒謬可笑。我是一名科學(xué)作家，在我的經(jīng)歷中還沒(méi)有見(jiàn)過(guò)其他哪門(mén)學(xué)科會(huì)引發(fā)如此矛盾的反應(yīng)。

在弦宇宙學(xué)里，目前宇宙的總數(shù)超過(guò)我們宇宙中粒子總數(shù)400多個(gè)數(shù)量級(jí)。

幾個(gè)月前，我才搞明白這種分裂性。當(dāng)時(shí)我花了兩個(gè)星期的時(shí)間，參加了兩場(chǎng)公開(kāi)討論，一場(chǎng)是和帕薩迪納加州理工學(xué)院的一名宇宙學(xué)家討論，另一場(chǎng)則是和南卡羅來(lái)納大學(xué)的一名文學(xué)研究員討論。我很欣賞這位宇宙學(xué)家的研究，那場(chǎng)討論的話題是“時(shí)間”，他剛完成了一本這方面的很精彩的書(shū)。物理學(xué)家和哲學(xué)家一樣，幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)一直在拼命研究“時(shí)間”這個(gè)概念，目前他們已經(jīng)將時(shí)間在數(shù)學(xué)上鎖定，到了最終理解的邊緣。在他看來(lái)，物理學(xué)通向無(wú)所不包的真理，而且越來(lái)越精密。

但那位文學(xué)理論家不這么想。他是研究劉易斯·卡羅爾的專(zhuān)家，和我討論的是數(shù)學(xué)與文學(xué)、藝術(shù)與科學(xué)的關(guān)系問(wèn)題。對(duì)他來(lái)說(shuō)，數(shù)學(xué)是一種令人愉悅的娛樂(lè)，是一種值得贊賞和享用的游戲形式，而物理學(xué)家有關(guān)真理的任何觀點(diǎn)在他眼里都是“胡說(shuō)八道”。他說(shuō)，以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的科學(xué)只不過(guò)是“講故事的另一種方式”。

在一些人眼中，物理學(xué)是理解現(xiàn)實(shí)的終極途徑，另一些人卻認(rèn)為在對(duì)現(xiàn)實(shí)的理解上，物理學(xué)的重要性與神話、宗教，甚至文學(xué)沒(méi)有什么差異。因?yàn)槲以谖目坪屠砜祁I(lǐng)域花費(fèi)的時(shí)間相當(dāng)，所以遇到了許多這樣的雙重性。我發(fā)現(xiàn)自己能夠參與這兩種截然不同的對(duì)話，和文科專(zhuān)家在一起就是文科的觀點(diǎn)，與理科專(zhuān)家在一起就是理科的那一套。我們談?wù)摰木烤故遣皇窍嗤脑掝}呢？

許多物理學(xué)家都屬于柏拉圖學(xué)派，至少在與外行人談話時(shí)總是這樣表白。他們相信自己發(fā)現(xiàn)的有關(guān)我們這個(gè)世界的那些數(shù)學(xué)關(guān)系是某種超級(jí)真理，獨(dú)立于物理世界而存在，也許還可以說(shuō)先于物理世界而存在。如果這樣看問(wèn)題，宇宙是按照數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生的，這個(gè)方式就是英國(guó)物理學(xué)家保羅·戴維斯所說(shuō)的“宇宙藍(lán)圖”。發(fā)現(xiàn)這個(gè)“方案”是很多理論物理學(xué)家的目標(biāo)，因此，理論框架基礎(chǔ)上的分裂性讓他們感到極其懊惱，就好像宇宙工程師設(shè)計(jì)了一個(gè)惡魔似的謎題，一定要把兩個(gè)水火不容的東西套在一起。兩部分都是必需的，缺一不可，因?yàn)槎咚龀龅念A(yù)測(cè)都被證明可以精確到小數(shù)點(diǎn)后十幾位。而且，正是因?yàn)橛辛诉@些理論基礎(chǔ)，我們才能創(chuàng)造出微芯片、激光器和全球定位衛(wèi)星等奇跡。

除了廣義相對(duì)論和量子力學(xué)之間的物理張力外，二者還各自提出了一些哲學(xué)問(wèn)題。空間和時(shí)間是廣義相對(duì)論認(rèn)為的宇宙基本性質(zhì)，還是某個(gè)更基本的、產(chǎn)生于量子過(guò)程的副產(chǎn)品？看看量子力學(xué)，最簡(jiǎn)單的問(wèn)題周?chē)紩?huì)有激烈的爭(zhēng)論。是不是每當(dāng)電子改變?cè)谠觾?nèi)的軌道，或者每當(dāng)光子穿過(guò)一條狹縫時(shí)，宇宙就會(huì)裂變出幾個(gè)副本？有些人說(shuō)會(huì)，有些人則說(shuō)絕對(duì)不會(huì)。

理論物理學(xué)家對(duì)量子理論中著名的波的含義，至今都不能統(tǒng)一意見(jiàn)。是什么在“波動(dòng)”？這些波是物理現(xiàn)實(shí)還是概率分布的數(shù)學(xué)算式？是“波”引導(dǎo)“粒子”嗎？如果是，如何引導(dǎo)？波粒二象性造成的兩難境地是認(rèn)識(shí)論冰山露出的一個(gè)角，已經(jīng)有許多船只在這里撞沉了。

有些理論物理學(xué)家并未因此停步不前，借助于越來(lái)越大膽的方法，他們?cè)噲D掙脫這些枷鎖。量子理論的“多世界”觀點(diǎn)認(rèn)為，亞原子層面每發(fā)生一次事件，宇宙就會(huì)分裂成多個(gè)稍微不同的副本，而每一個(gè)新的“世界”代表一個(gè)可能的結(jié)果。

美國(guó)物理學(xué)家休·埃弗里特1957年首次提出這個(gè)想法時(shí)，同行們認(rèn)為它幾近瘋狂。即使20年過(guò)后，在我讀物理專(zhuān)業(yè)的時(shí)候，我的好些教授依舊認(rèn)為走這條路是有些瘋狂的。然而，近些年來(lái)“多世界”觀點(diǎn)已經(jīng)成為主流。準(zhǔn)無(wú)限、永增殖的宇宙鏈觀念一旦被弦論家接受，這些觀念就變得更為可信。弦論家認(rèn)為，弦論方程中每一種可能的數(shù)學(xué)形式，都對(duì)應(yīng)真實(shí)存在的宇宙。他們估計(jì)，有10⁵⁰⁰種不同可能。相比之下，物理學(xué)家認(rèn)為我們的宇宙中大約共有10⁸⁰個(gè)亞原子粒子。而在弦宇宙學(xué)中，現(xiàn)有宇宙的總數(shù)超過(guò)我們宇宙中粒子總數(shù)400多個(gè)數(shù)量級(jí)。

在我們的經(jīng)驗(yàn)中，沒(méi)有什么能與這個(gè)超乎想象的巨大數(shù)字相比。理論家認(rèn)為，在弦論參數(shù)范圍內(nèi)，數(shù)學(xué)上可描述的每個(gè)宇宙，包括像美國(guó)弦論家布里安·格林所說(shuō)的、能抓住自己尾巴的那種宇宙，都會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)巨大的超空間宇宙鏈中。這個(gè)鏈超越了我們宇宙的時(shí)空泡沫而存在。

這個(gè)在認(rèn)識(shí)論上極其大膽的觀點(diǎn)，就是把方程當(dāng)作基本現(xiàn)實(shí)。數(shù)學(xué)上考慮到極大量的變化，就是極大量現(xiàn)實(shí)世界存在的證據(jù)。

在這里，我們?cè)庥龅囊苍S不是現(xiàn)實(shí)的邊緣，而是物理學(xué)家范疇體系的極限。

把方程這樣具體化，在有些人文學(xué)者看來(lái)就是天真無(wú)邪。不過(guò)，這樣做至少在現(xiàn)實(shí)的數(shù)學(xué)模型和現(xiàn)實(shí)本身之間的關(guān)系上引出嚴(yán)肅的問(wèn)題。雖然說(shuō)物理學(xué)史上的很多重要發(fā)現(xiàn)是因受到方程的啟發(fā)而得到的，像保羅·狄拉克關(guān)于反物質(zhì)的公式就是最著名的例子之一，但是，就算我們不是相對(duì)論者，也會(huì)對(duì)這種觀點(diǎn)表示懷疑：認(rèn)為現(xiàn)在前進(jìn)的唯一方式就是接受一望無(wú)際的宇宙圖景，里面有各種各樣能夠想象得到的世界歷史，包括中世紀(jì)永遠(yuǎn)不會(huì)結(jié)束以及希特勒獲得勝利的世界歷史。endprint