物理学的困惑: 弦理论崛起了, 科学却衰落了

The Trouble With Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science

中译本<<物理学的困惑>>.

这本书的副标题是"弦理论的崛起与科学的衰落". 全书除了讲述物理学目前面临的五大基础性难题, 还用三分之一的篇幅讲述了为何物理学近30年来止步不前. 其原因涉及了科学的伦理观, 科学的社会学属性等.

弦理论崛起了, 科学却衰落了!

一切都是从"科学也是一种人类活动"开始的. 既然是人类活动, 就不可避免的沾染了一些人类活动的习气: 功利性, 投机性, 学术政治等. 而30年没有重大发现的僵局, 作者认为正源于此

• 弦论一家独大, 挤占了其它研究路线的资源, 包括资金和人才
• 社会力量急功近利, 追赶时髦, 不愿资助边缘理论
• 老人把持论坛, 压制了年轻人的不同观点和路线
• 弦论群体在背弃着科学道德规范和伦理

这些问题并非罕见, 把"科学"换成别的领域, 把"弦论"换成别的主流思想, 在一个类似兲朝这样的非开放社会, 这类问题比比皆是: 房地产绑架了中国经济, 公务员考试成为国考等. 更不用说在各种公司企业中.

作者李.斯莫林批评了目前令人心痛的现状, 分析了原因, 然后给出了意见. 我们依次来看一下.

现状

我希望把我们不能解决的各种问题都呈现出来，说清楚实验支持什么，不支持什么，并把事实与猜想和智力的时尚区别开来。

首先，我们物理学家要对我们的未来负责。正如我后面要说的，科学基于一定的道德规范，而道德规范要求其实践者必须诚实。它还要求每个科学家应该是他所信仰的事物的法官，于是每个未经证实的思想在被证明之前将面对众多怀疑和批评。这反过来要求我们应该欢迎不同的方法走进科学群体。我们做研究是因为即使我们中最聪明的人也不知道问题的答案。答案经常在主流以外的某个方向。在那些情形，即使主流猜对了，科学的进步也需要那些抱不同观点的科学家们的支持。科学需要在同一与多样之间达成微妙的平衡。因为我们很容易欺骗自己，因为答案未知，不论多么训练有素、多么精明的专家，都可能反对即将成功的方法. 因此，为了科学的进步，科学群体必须支持任何一个问题的不同方法。

很多证据表明，这些基本原则在基础物理学中不再受人尊重了。虽然大家都赞成多样性的说法，做起来却不是那样。有些年轻的弦理论家告诉我，不论相信与否，他们感觉做弦理论很压抑，因为它在大学里成了通向教授职位的入场券。他们说的是真的：在美国，追求弦理论以外的基础物理学方法的理论家，几乎没有出路。最近15年，美国的研究型大学为做量子引力而非弦理论的年轻人一共给了三个助理教授的职位，而且给了同一个研究小组。当弦理论还在为科学争斗时，它在学术圈里巳经赢了。这伤害了科学，因为它抑制了其他方向的考察，而有些方法是很有希望的, 尽管这些方法的投入不够多, 但有的已经赶在了弦理论的前头，可能为实验提出了明确的预言，目前正在进行中。

1. 弦理论群体的特征

弦理论群体首先令外人关注的就是他们的自信。既相信弦理论的真实，也相信自已比不能或不愿做弦理论的人更髙明。对许多弦理论家〈尤其是对过去的物理学没有记忆的年轻人）来说，简直不能理解一个天才的物理学家在面对如此良机时会选择做弦理论以外的事情。

这种态度当然伤害了其他领域的物理学家。斯坦福直线加速器屮心的粒子物理学家赫维特在她的博客里表 达了自己的思想：

我发现有些弦理论家好狂妄，即使物理学家也没有那样的。有人真的相信所有非弦理论家都低他们一等。他们相亙的推荐信都那么写，我也听人当面那么说……弦理论看起 来是那么重要，似乎所有其他理论都该为它牺牲。这有两 种表现：弦理论家们占据了太多的教授位置，有时根本和他 们的能力不相称，而年轻的弦理论家通常没有受过良好的实 验物理学的训练。有些人简直连基本粒子的名字都叫不上 来。这两种表现都是我们领域的远忧.

赫维特博士描述的狂妄从一开始就是弦理论家群体的特征。 钱德拉赛卡(也许是本世纪最伟大的天体物理学家）喜欢讲一个故事。

他80年代访问普林斯顿， 人们为他获得诺贝尔奖举行庆祝会。在宴会上，他发现自己身旁 坐着一个热心的年轻人。他以物理学家通常的方式开始了谈话， 问他的邻座，“最近你做什么？”年轻人回答，“我在做弦理论， 20世纪最重要的物理学进展" .接着，年轻的弦理论家建议老钱 放弃正在做的亊情，改做弦理论，否则他会像20年代那些没有 紧紧抓住量子理论的人一样落伍。“年轻人，”老钱回答说，“我认识海森伯，我向你保证，海森伯决不会这么冒失地要人家停下正在做的亊情而去做量子理 论。他当然也决不会无礼地向一个50年前就是博士的老人说他 就要落伍了。”

他们还也一个相关的特征，就是自我感觉良好，而对用其他方法研究弦理论声明要解决的问题的人，他们却没有一点尊重。 实际上，弦理论家对弦论之外的东西通常并不感兴趣，也视而不 见。和量子引力会议不同，弦理论会议从不邀请其他路线的科学 家们提交论文。这当然只会强化弦理论家们的断言：弦理论是唯 一给出正确量子引力结果的方法。弦理论家不尊重其他方法，有时简直到了蔑视的地步。在最近的一个弦理论会议上，剑桥大学出版社的一个编辑私下告诉我，有个弦理论家告诉他绝不考虑让 他们出版他的东西，因为剑桥出版了一本关于量子引力的书。这 种事情并不罕见

弦理论的另一特征是，弦理论家与非弦理论家之间存在着明 确的界线.这是其他物理学领域所没有的。也许你写过几篇弦理 论的论文，但那并不意味着你一定会被弦理论家们认同为他们的 一分子。起初我感到很疑惑。我曾走过一条老路，尽可能地向不 同的方法学习。我最初也看到了自己做的亊情，其至包括量子引 力，原来就是为了解决弦理论的一个未解问题一使它成为背景 独立的形式。最后，有朋友告诉我，要想被弦理论群体认同一 这样才有望做出成绩一你不但只能做弦理论，而且要做弦理论 家们正在做的特殊问题。我想我的朋友大概没意识到那么做会伤 害我的判断力，侵犯我的学术自由

年轻人 很清楚，成功的事业需要紧跟一两股时尚的潮流，正好可以蠃得 一个好的博士后位置，然后做一个好的助理教授。如果和弦理论 的领导者们谈这个问题（我就谈过很多次)，你会发现他们真的 相信集中众多聪明人一起努力，会比让个人独立思考和探索不同 的方向，能更快取得进步。

这种整体的和“有纪律的”（某个老资格弦理论家说的〉方 法产生了三个不幸的后果。

• 首先，如果问题不能在两三年内解 决，就会被扔掉，而且再也不会被捡回来。原因简单而残酷：年 轻的弦理论家如果不快点儿放弃他们辛苦得来的落伍专业而走进 新的方向，就可能丢掉饭碗。
• 第二，整个领域仍然处在几个老人 的思想和研究纲领的驱动下。在过去的10年里，只有两个年轻 弦理论家，马尔徳希纳和布索，取得改变领 域方向的发现。这和更健全的物理学领域是截然不同的，那些领 域的多数新思想和新方向都来自人们二三十年的研究。
• 第三，弦 理论没有充分发挥群体内的人才的作用。有很多努力是重复的， 而很多有潜力的重要思想却没人探索。任何身居大学委员会负责 选拔博士后的人，都会看到路越走越窄了。在诸如宇宙学、量子信息论或量子引力等领域，有多少候选者就有多少个研究方案， 而且很多思想是闻所未闻的。在弦理论的领域，你经常会一次次地遇到相同的两三个研究计划

在我经历过的其他群体，如量子引力和宇宙学，未解的问题都存在多种观点。如果你和五个不同的专家交谈，不论老的还是 年轻的，你会得到五种不同的关于课题前景的认识。除了最近关于理论景观和人存原理的理论外，弦理论家有着惊人一致的观点:你可以从不同的人那儿听到同样的事情，甚至同样的言论。(有没有让你想到啥?)

我认识一些年轻的弦理论家，他们不承认有这些特征。他们 坚持说群体内有多样的观点—-只是旁观者不能走近罢了。这是 好消息，但人们私下对朋友说的却不是这样的。实际上，如果在私下里而不是公开传播不同意见，就说明有种等级在决定着对话, 以及研究过程

弦理论的领导者们对研究活动的打压，不仅应在原则上遭到谴责，它几乎已经肯定阻碍了进步。我们这么说，是因为我们看 到领域内的很多思想要在第一次提出多年以后才变得重要。例如，弦理论是由大量理论组成的一个集合，这个发现第一次是斯 特罗明戈在1986年发表的，但到2003年，弦理论家才跟着卡洛 什和她在斯坦福的同事们的工作，开始广泛讨 论它。下面是著名弦理论家莱尔歇最近的一段话：

我感到恼火的是，这些思想在20世纪80年代中期就出 现了，在一篇关于四维弦构造的论文里，曾粗略地估计弦真空的数量，大约为10的1500次方。这项研究被忽略了, 因为它不符合当时的哲学. 而忽略它的人现在却重新“发现” 了那片景观，并因此走进杂志，甚至还想写专著……整个讨论本可以 (其实也应该) 发生在1986年或1987年。那时以来，真正发生变化的是某些人的头脑，你现在看到的就是全力运转的斯坦福的宣传机器.

我本人提出应将弦理论视为一个理论景观，最早发表在1992 年，也没人理睬。这并不是孤立的例子。其实，早在1984年第 一次弦理论革命之前就出现过两个十一维超对称理论，但直到10 多年后的第二次革命它们才被重新发现。它们分别是十一维超引 力和十一维超膜。在1984年和1995年间，少数理论家构造了这 些理论，但被推到了弦理论群体的边缘. 我还记得几个美国弦理 论家叫笑地谈论过这些“欧洲超引力狂'. 1995年后，人们猜想 这些理论应该与弦理论统一于M理论，而且欢迎过去做那些理论 的人冋到弦理论阵营屮来。显然，如果这些思想没有被长久地忽 略，进步会快得多。

弦理论的研究活动那么狭窄，也许是因为弦理论群体太尊重个别人的观点。在我遇到的科学家中，只有弦理论家在表达自己的意见之前会关心领域里的头面人物（如威藤）是怎么想的。当然，威藤思想淸晰而深刻，但问题在于，如果过分把某个人的观 点当成权威，对任何领域都不是好事。没有哪个科学家〈包括牛顿和爱因斯坦〉不曾在他们固执坚持的很多问题上犯错误。有很 多次，在大会报告或谈活后的讨论中，如果出现了有争议的问 题，总有人问，“那么，老威是怎么想的呢？”这常令我感到困 惑，有时我会站出来说，“好的，如果我想知道老威怎么想，我 会去问他；现在我叫你怎么想，因为我对你的意见感兴趣。”

弦理论令很多人感到恼火的另一方面是，它的实践者们，特别是年轻人，似乎都以救世主自居。对他们中的一些人来说，弦 理论已经成了个宗教。如果我们发表了质疑或批评弦理论家结 果的文章，通常会收到的最友好的邮件大概是，“你在开玩笑 吧？". 很多网站和留言板都有弦理论的“反对 者”们的讨论，即使在这样自由的场合，也有人用不堪入耳的言 语质问非弦理论家的智力和专业能力。我们难免得出这样的结 论：至少某些弦理论家已经开始将他们自己看作十字军战士而不 是科学家了。

弦理论家们怀着那股傲慢，也用最乐观的眼光解读他们的证 据。我的量子引力的同事对解决问题的前景一般都抱务实甚至悲 观的态度。在圈量子引力理论家中，我大概算最乐观的，但和多 数弦理论家比起来，也就暗淡无光了。面对重大的未解问题时， 更是如此.

弦理论群体的7个异乎寻常的特征:

1. 极大的自信，从而自以为高人一等，是精英中的 精英
2. 异常统一的群体，不论证据强弱，都有强烈的舆论意 识，对开放问题有异乎寻常的一致的观点。这些观点似乎关 联着一种等级结构，几个领导者的思想指引着领域的观点、 策略和方向。
3. 群体意识，在某种意义上类似于宗教信仰或政党纲领 的认同。
4. 强烈的界线意识，将群体与其他专家分隔。
5. 漠视本群体外的专家的思想、意见和工作，只愿在群 体内部交流。
6. 乐观的倾向，过分解释证据，相信夸大或错误的结 果，拒不考虑理论可能是错误的。这应和着另一种倾向：相 信某个结果是因为“大家都相信它”，即使没人检验过（甚 至见过〉证明本身。
7. 对研究计划应该考虑的风险程度缺乏认识。

2. 社会学压力

弦论也有心酸的过往, 面临巨大的社会学压力, 当它还不是主流的时候:

• 1976年，拉蒙德失去了在耶鲁的职位，而几年前他才解决了弦论的几个中心问题。看来，提出把费米子纳人弦论的方法、发现超对称、淸除快子一哪怕是一鼓作气完成的一都不足以征服他的间事们，为他在常春藤盟校觅得一个教授的位置。
• 而施瓦兹在1972年就失去了普林斯顿的职位，尽管他对弦论有过他的基本的贡献。后来他到了加州理工学院，在经常变动的临时基金的资助下做了12年研究助理。只要愿意，他可以不 讲课, 可他也没有固定的职位。他发现了第一个能统一引力与 其他力的好思想，但学院显然不相信他能进入正式员工的行列。

无疑，弦论的创立者们为他们的先驱性发现付出了很大的代价。为了认识这是怎样的一群人物，读者需要真正了解他们的工作的意义。当年一起读研究生的朋友已经是永久的正教授了，他 们有很高的薪水，工作有保障，一家人衣食无忧。他们在著名的 大学里有显赫的地位。而你呢，一无所有。你在内心深处知道他们走了捷径，而你做的是可能有着更大意义的事情，它们需要更 多的创造力和更大的勇气。他们随波逐流，而你发现了崭新的理 论。但你还是一个博士后，研究助理，或者毫无资历的教授。你 没有长期的研究保障，前景渺茫。而你作为一个科学家，还是比 别人更积极一发表更多的文章，带更多的学生一远远超过了 那些做低风险研究却更有保障的人们。

那么，读者们，问问你自己，在这样的状况下，你想做什么？

而当弦论成为主流后, 社会依然趋炎附势, 只是这次受益者是弦论.

除了宾州大学的一个研究小组时外，做量子引力而不以 弦理论或高维理论为基础的助理教授们，没有一个被美国研究大 学录用的。

为什么最不适合眼前问题的风格却在国内外成了物理学的主 角呢？这是一个社会学问题，但只要我们想构建思想，让我们的 学科回到从前的成功，就必须回答这个问题。

为了说明问题的背景，我们看看科学景观的一些流行变 化一一年轻人若想开拓自己的科学生涯，就必须直面这片景观。

最显著的变化是，年轻人为了嬴得有影响的老科学家的青睐，必须承受更大的压力。塑造美国科学辉煌的那一代人都接近 退休了，他们也曾竞争过一流大学和研究机构的好职位，但是如 果只想在某个地方做一个教授，有自己工作的自由，就不会有很多的压力。从20 世纪70年代，大学数量指数式地增长，年 轻的科学家毕业时往往拥有几个大学的职位。我曾见过几个老同 事，他们就从来没为找工作发过愁。

现在情况不同了。大学数量在20世纪70年代末就没再增加， 而早先聘任的教授培养的研究生越来越多，这意味着物理学和其 他科学的博士严重过量了。结果，研究型大学和学院的各个层次 的学术职位的竞争都很激烈。学校更重视聘请那些可能得到研究 机构的基金资助的人员。这就极大限制了年轻人发展自己的研究 纲领的自由，他们只好跟着老科学家们的思路走。如果有创造力 的人想找一个地方安静地做研究，追求冒险的原创的思想，那种 地方是越来越少了.

与此相关的是，现在的大学比一两代人之前越来越专业化 了。虽然大学教授的人数没有增加，管理者的人数和权利却增大 了。因此，在招聘新人时，更少依赖个别教授的判断，而更多根 据成绩的统计，如资助情况和论文水平。这也使年轻科学家更难逆着科学主流去幵拓自己的新研究纲领。

为了公正地评价同行的工作，我们这些教授几乎总是反射性 地党同伐异。即使我们上升到学术政治的高度，也常常免不了用单一的标准来评价一个科学家伙伴。在教授委员会和非正规讨论 中，我们说某人“好”，某人“不好”，其实并不真的了解他们。 个人一生的工作岂简化为一句“老甲不如老乙好”？通常情况 下，人们似乎更看重只靠聪明和勤奋就能取得的成绩，而不在乎 探索性的思想或想象力。更重要的还是学界的风尚，谁要是忽略 了它，就将断送学术生涯。

我曾和一个退休将军做项目，他领导过一个军官学院，后 来成为一名商务顾问。他说与大学合作很伤脑筋。我问他问题出 在哪儿，他说：“我们要向海军军官讲一个简单但基本的事情, 那就是我遇到的大学管理者似乎没有一个知道，管理与领导是有重大区别的。后勤供给你只要管理就可以了，但在战场上你必须 领导士兵：我问意他的话。我读大学吋，见过的管理比领导多 得多。

所有的科学家都悲叹各自领域的前进步伐。我认识几个生物 学家和实验物理学家，他们痛苦地抱怨好多机会被浪费了，因为 他们系里当权的老科学家们已经丧失了当年新做博士时的胆略和 想象力。从学术界的底层提出的好思想得不到足够的重视；相反，高层人物的思想却被抬得太高了

不止一个朋友劝告我，“群体巳经决定了弦理论是正确 的，你已经无亊可做了。你不可能斗过社会学。”

真正的社会学家会告诉你，为了理解群体的作为，你必须考 察权力。谁对谁有权力？如何发挥那种权力？科学的社会学不是 什么神秘的力量，它指的是成名的老科学家对青年科学家事业的 影响。我们科学家说起它就感到不舒服，因为它迫使我们面对这 样的事实：科学不全是客观和理性的.

3. 弦论群体背弃了科学的道德规范和伦理观

弦论大胆而美妙的一击，似乎至少解决了那五个理论物理学问题中的三个。就这样，经过多年的失败之后，我们仿佛突然找到了黄金。有趣的是，施瓦兹也马上从加州理工学院的高级研究助理提升为正教授

1984年超弦革命四五年后，又有了许多进展，人们对弦论的兴趣也很快高涨起来。它成了最火爆的游戏。一头钻进来的人们 都满怀着雄心和骄傲。有很多新技术等着他们去学，需要投入几 个月甚至一年的时间才可能做弦论，这对一个理论物理学家来说 是很漫长的时间。认真做的人看不起不做或不能做的（总会有这种想法的)很快就形成了差不多和宗教派别一样的团体，你要么是弦理论家，要么不是。我们几个人还想坚持走普通路线：有 了好想法，我会做下去，而同时也会走別的路线。很难一条路走 到头，因为站在潮头的那些人不大愿意搭理我们这些没有加人新 潮的人。

为了适成新领域，很快就有了弦论的学术会议。那些会议仿 佛都在欢呼胜利，好像已经真的发现了什么理论，而别的一切都 无所谓，都不值得考虑。弦论的讲习班开始在主要的大学和研究 机构流行。在哈佛，弦论讲习班被称为“后现代物理班”。

这个名称没有讽刺的意味。弦论的讲习班和学术会很少讨论的一个课题是，如何用实验来检验理论？虽然有几个人为此忧虑, 其他人却认为那是不必要的. 他们感觉只可能有一个能统一所有物理学的和谐的理论，而弦论看来做到这一点，所以它一定是对的。检验我们的理论不再需要实验了，而实验是伽利略的精神, 似乎数学已经足以探索自然定律。我们走进了后现代物理学时代。

不幸的是，多数弦理论家并没注意过去20年在量子引力领域的这些进步，所以两个领域是独立发展的。外行人看这种互不往来的状况也许觉得夺怪。在我看来也很奇怪，所以我才想尽力 去扭转它，向每个阵营宣传对方的长处。但我不能说取得了多大 成绩。我之所以认为物理学正在危机中，部分原因就是我没能让用不同观点研究同样问题的人相互沟通. 我也努力在思考如何改变这种局面

不过，我想说明的是，在这个新的后弦理论的氛围里，没有排斥弦理论研究本身的东西。正如我前面讲的，它所依赖的思 想–场与弦的对偶–同样也是圈量子引力的基础。将物理 学带进当前危机的不是这个中心思想，而是它在背景相关的条件 下的一种特殊的实现一就是那种条件，将它与一些危险的概念 捆绑在一起了，如超对称和更高的空间维。不同的弦理论方法–更适应背景独立等基础性问题和量子引力的诸多问题的方 –竞然可以不是最终发展的一部分，这是没有理由的。但为 了认识这一点，弦理论需要在开放的氛围下发展，将其作为若干思想之一，而不要预先对它最后的成功或失败抱任何假想。新物理学精神所不能忍受的是，不顾任何证据而假定某个思想一定会成功

分析

小团体思维

我非常同情弦理论家的尴尬境遇，他们既想做好科学家， 又想证明自己在本领域的影响力。我很理解，要群体接受你，你就 必须相信一大堆自己都不知道如何证明的思想，那时要淸楚而独立 地思考，当然是很困难的。这是我想了多年才跳出的陷阱。所有这些都令我相信我们物理学家走入困境了。如果你问弦 理论家，为什么从来不请研究其他可能方法的人参加弦理论会 议，他们很多人会赞同你的意见，说应该请那些人。他们也为眼 下的状况感到难过，但会坚持说在这方而无能为力。如果你问他 们为什么弦理论群体从来不请研究其他方法的年轻人做博士后、 教员或访问学者，他们也会赞同你，说那是好事情，他们很遗憾 现在还没有那么做。这种状况里存在着大问题，每个人都认错，但没有人来负责。我很信任我的弦理论朋友们。我相信他们每个人都很谦虚， 都有自我批评精神，都不像他们的群体那样跋扈。

既然每个人都怀着良好的愿望和正确的判断力，群体行为怎么会那样荒唐呢？

原來，社会科学家早就认识了这种现象。它折磨着一些名人的群体，他们只是偶尔看条件才和圈内的人交流. 情报和决策机 构以及一些大公司研究过这种现象。因为后果有时可能是悲剧性 的，有大量文献描述这种现象，称之为小团体思维。

耶鲁心理学家詹尼斯在20世纪70年代提出 了小团体思维的名词，将它定义为一致思维模式，“当人们置身 一个团结紧密的小团体，为了维护闭体的一致而不能现实地评估 不同的行为过程，就陷入那样的思维模式. 根据这个定义，小 团体思维只出现在有着高凝聚力的群体。它需要群体成员有强烈 的“团结如一人”的感觉，而且愿意不顾一切代价维护这种群体 关系。当同事们都以小团体思维模式行动时，他们会自然将“维 护群体和谐”的标准用于所面对的每个决定。

詹尼斯研究过专家群体决策失败的案例，如猪湾事件。从 此，“小团体思维”一词就用于许多其他例子，包括NASA阻止 “挑战者”灾难的失败，西方预测苏联解体的失败，美国汽车公 司对小汽车需求预测的失败，以及最近一一也许最灾难性的 失败：布什政府基于伊拉克有大规模杀伤性武器的错误信息贸然 发动战争。

下面是俄勒冈州立大学公共网站对“小团体思维”的描述：小团体思维的成员将自身看作群体的一部分，抵抗反对他们目标的外来者。患有“小团体思维症”的人都有下面的特征：

1. 过高估计群体的抵抗力和道德水平
2. 集体合理化决策
3. 丑化和僵化外来群体及其领导者
4. 一致性的群体文化，个人之间相互监督，以维护群体的完全一致性
5. 某些成员想方设法向领导者隐瞒自己和其他群体的信息，以维护群体领导的权威

这和我刻画的弦理论文化没有一一对应，但二者的相似足以令人忧虑。

那如何解决这些问题呢? 这就涉及到科学的风格, 道德规范和伦理观. 我们来看看作者对科学的定义