一場有關(guān)上帝的賭局

苗千

科學(xué)史往往被認(rèn)為充滿了乏味的論文、人名和數(shù)字，除了專業(yè)人士之外很少有人關(guān)注，但一些改變?nèi)祟悮v史進程的段落卻被廣泛地傳播、演繹，乃至最終被改編得有如武俠小說般充滿刀光劍影。將近90年前舉辦的第五屆索爾維會議上最著名的論戰(zhàn)來自愛因斯坦與尼爾斯·玻爾。反對量子力學(xué)的愛因斯坦留下一句名言：“上帝不會擲骰子?！倍杽t針鋒相對：“愛因斯坦，不要告訴上帝該怎么做?！眱晌淮髱熞娬胁鹫?，刀光劍影，確實有著武俠小說般的節(jié)奏感。

當(dāng)年的物理學(xué)大師們可能不會想到，在幾十年之后，陷在困境之內(nèi)的物理學(xué)家們?nèi)匀辉诳嗫嗖聹y著上帝這個造物主的做法。一些物理學(xué)家認(rèn)為可以通過數(shù)學(xué)的美感了解到宇宙最深的奧秘，另一些物理學(xué)家則持相反的意見。這些世界上最具智慧的人們最終決定解決這個矛盾的方法是開設(shè)一個賭局。

2014年7月4日，歐洲核子研究中心在瑞士日內(nèi)瓦發(fā)布粒子物理探測器——緊湊型繆子螺線管探測器探測到的質(zhì)子碰撞軌跡圖

丹麥時間2016年8月22日13點30分，一群世界知名的物理學(xué)家聚集在玻爾的故鄉(xiāng)哥本哈根，了結(jié)一場在2000年定下的賭局。在21世紀(jì)剛開始時，歐洲核子中心開始建造大型重子對撞機（LHC），這為理論物理學(xué)家們帶來了希望，人們希望這個開始建造的龐然大物能夠發(fā)現(xiàn)各種理論假說預(yù)測存在的粒子。除了標(biāo)準(zhǔn)模型中至關(guān)重要的希格斯玻色子之外，人們最關(guān)注的就是能否發(fā)現(xiàn)“超對稱”（SUSY）理論預(yù)測的“超粒子”。有20位物理學(xué)家認(rèn)為，大型重子對撞機在10年之內(nèi)至少能夠發(fā)現(xiàn)一種超粒子，而另有24位物理學(xué)家則認(rèn)為不會發(fā)現(xiàn)。因為大型重子對撞機建造過程的延遲和故障，賭局在2011年又被延遲了5年，然而直至今日，仍然沒有任何超粒子現(xiàn)身，這場持續(xù)了16年的賭局終于有了結(jié)果。

在哥本哈根，來自普林斯頓高等研究院的理論物理學(xué)家尼馬·阿爾卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）充當(dāng)仲裁人（他相信超對稱理論，也參與了這場賭局），20位輸?shù)糍€局的物理學(xué)家為贏家們奉上價格不菲的白蘭地。理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金并沒有參加這場對賭，但是他也作為觀眾出現(xiàn)在了哥本哈根。之后，霍金發(fā)表了一個聲明，認(rèn)為超對稱理論很可能存在錯誤，他說：“如果超對稱理論成立的話，那么超粒子應(yīng)該已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了?！钡橇硪环?，輸?shù)舭滋m地的物理學(xué)家們并不服。阿爾卡尼-哈米德就表示，無論如何都不會放棄這個理論。

這場物理學(xué)家們的聚會，揭示了物理學(xué)目前存在的一個重大危機，或者也可以說，當(dāng)年愛因斯坦與玻爾之間的辯論以另外的一種形式延續(xù)至今。時至今日，人們?nèi)匀灰獑枺荷系鄣降资遣皇窃跀S骰子？上帝到底有多少骰子？

人類探索自然的根本動機并非從來都一成不變。牛頓是一名虔誠的基督徒，他探索物理學(xué)的目的是為了理解上帝創(chuàng)造這個世界時的構(gòu)想。因此在他的力學(xué)體系中，也是以一個上帝創(chuàng)造的完美的靜態(tài)宇宙作為背景。時至20世紀(jì)，作為無神論者的愛因斯坦并不相信有一位人格化的造物主，他相信隱藏在紛繁表象之下的自然規(guī)律是美與和諧的，也可以說，這個宇宙是“自然”（natural）的。對于“美”和“自然性”（naturalness）的追求，就是愛因斯坦時代的科學(xué)家們探索物理學(xué)的最根本原因，也是最重要的手段——物理學(xué)家們相信，宇宙中的規(guī)律應(yīng)該是相互統(tǒng)一、自洽的，而一些宇宙常數(shù)的數(shù)值理應(yīng)從所發(fā)現(xiàn)的自然規(guī)律中浮現(xiàn)出來。

對于美和自然性的追求，作為探索物理學(xué)最根本的動機和最重要的指導(dǎo)思想，在21世紀(jì)正在受到挑戰(zhàn)，而超對稱理論的失敗，也可能正在加重這種危機。物理學(xué)家們開始懷疑，宇宙中的規(guī)律真的是“美”的嗎？這些宇宙常數(shù)究竟從何而來？為什么這些看似隨意分配的宇宙常數(shù)恰好可以允許生命的存在？我們所生活的宇宙，各種數(shù)值究竟是被精細地調(diào)整過，還是我們恰好生活在無數(shù)宇宙之中（允許生命存在）的一個？

希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)給物理學(xué)家們帶來了迷惑，這個基本粒子的質(zhì)量與物理學(xué)家們此前的預(yù)測有極大的差異。物理學(xué)家們希望希格斯玻色子的質(zhì)量是“自然”的，但實際上希格斯玻色子的質(zhì)量與科學(xué)家們此前的理論計算完全不符——這個質(zhì)量從何而來，難道真的只是上帝隨意擲出的“骰子”？粒子物理學(xué)家們曾經(jīng)希望大型重子對撞機可以相繼發(fā)現(xiàn)一群超對稱理論預(yù)測的超粒子，以此來解釋希格斯玻色子的質(zhì)量問題，但現(xiàn)在看來希望并不大。

與之相似的，宇宙物理學(xué)家們也無法理解“宇宙常數(shù)”（cosmic constant）如此微妙的數(shù)值。宇宙常數(shù)描述的是令宇宙加速膨脹的暗能量，人類對它測量的數(shù)值與理論計算的數(shù)值相差不止千百倍，可正是這樣的宇宙常數(shù)保證了一個可以允許生命出現(xiàn)的宇宙存在——數(shù)值過低會導(dǎo)致宇宙坍塌，過高又會使一切物質(zhì)快速地飛散，無法形成星系。

21世紀(jì)的物理學(xué)家們面對著一個又一個的新發(fā)現(xiàn)（或是沒有發(fā)現(xiàn)），無法感受到宇宙規(guī)律的和諧和自洽，一個問題開始浮現(xiàn)出來：我們所生活的宇宙，究竟是被精心設(shè)計過，還是只是近乎無窮多的宇宙中的一個？在這樣的氛圍中，多重宇宙（multiverse）假說開始被越來越多的物理學(xué)家所接受。這種假說認(rèn)為，存在著近乎無限多的宇宙形態(tài)，不同的宇宙中有著不同的各種常數(shù)，而在其中極少見的情況下，才會形成穩(wěn)定的、允許生命存在的環(huán)境，因此生命存在于這樣的宇宙中也就不足為奇，因為人類只能存在于這樣的環(huán)境中。但是另一方面，如果相信多重宇宙假說，也就說明人類對于一些宇宙規(guī)律和宇宙常數(shù)的探索毫無意義（因為只能是這樣），而且因為多重宇宙假說可能無從驗證，這難免會演化為21世紀(jì)的另一種宗教。

物理學(xué)家們是否像當(dāng)年拋棄神創(chuàng)論一樣，急于拋棄對于自然規(guī)律的“美與和諧”的信念，而為探索自然加上某種底線？對于一些理論物理學(xué)家來說，這種選擇或許是唯一符合邏輯的做法?；仡欉^去幾十年，物理學(xué)家們急于統(tǒng)一量子力學(xué)和相對論，得出一種可以描述一切的大統(tǒng)一理論，卻又屢次失敗，如今物理學(xué)的危機，或許只是一次對于人類信心的考驗——或許人類還遠沒有理解這個宇宙，又過于急躁。對于人類來說，宇宙的美與自然性的回歸，或許就會源于某一次的意外發(fā)現(xiàn)。

（本文寫作參考了《Quanta Magazine》的報道）