关于《The Trouble with Physics》

在正文之前,先说两件事。

一件事,上个月底网易邀请我去他们那里开博客。博客开了,但是要将所有的文章搬到那里比较费劲,暂时打算只将新博文同时放一篇在那里。

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第二件,柯南关于今年的三大诺奖的文章出来了:

2006:三大诺奖花落美国

想写一个对Lee Smolin的《The Trouble with Physics》简单的书评,看来只能开一个头,明天写完。

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终于读完了《The Trouble with Physics》,觉得是很值得一读的书,即使对于那些弦论的true believer来说,这本书也值得一读。

Lee Smolin这本书的主要目的是想改变目前“基础物理”以主流为主流的研究风气,他拿出两个理论作为他论证的参照系,一是弦论,二是以loop quantum gravity为代表的其他量子引力方向。如我的前一个博文中所讨论的,他一开始就列出五大问题,然后以这五大问题做参照来判断弦论或者其他什么理论有没有前途。

Smolin是一个不专门研究弦论却比较了解弦论的人。我说他比较了解,是因为他虽然说花了几年的工夫来研究弦论,却是从他独自的角度来研究的,也就是说一开始要有background independence,这样做研究有好处也有坏处。好处是有创意,坏处是和弦论界当时关心的主要问题很不一样,他对这些主要问题会有一些了解,却不一定是感同身受的了解。和Penrose相比,他的确是半个insider,知道弦论的好处在哪里,弦论的真正缺陷在哪里,而不是去挑一些表面上的技术问题。诚如Smolin所说,研究弦论的人很多是master craftspeople,这些人不会去犯简单的技术错误。

Smolin对弦论的介绍,虽说不够彻底,还是相当不错的,讲了第一次革命和第二次革命的主要进展,甚至也知道类似Randall-Sundrum模型并不能完全地嵌入弦论。他对弦论最大的批评是landscape,人择原理,也说明弦论界有史以来第一次在一个问题上发生很大的分歧。自然,他将过去弦论界惊人的步调一致看成是主流研究的最大缺陷,这一点,我有些同意,也有些反对。

弦论研究在一个给定时期有一个或者几个主要研究方向,在很多情况下,的确是因为弦论界的所谓等级社会决定的。比较年轻的人太在乎年长的人如何看待你的研究,而每个年长的人判断相对年轻的人的优劣总是从自己的研究角度来看。你做我感兴趣的研究,而且做得好,你就是最好的。如果你问一些看起来不时髦的问题,你的判断力就有问题。而在年长的人中,又有许多层次等级的划分。在美国,这是实实在在的存在。我记得当Connes, Douglas和Schwartz关于弦论中的非对易几何文章出来的时候,某个年长的且相当有成就的人对我说,Ed认为这篇文章有问题,所以我们可以完全忽略这篇文章。这里的Ed自然就是Witten。后来,当Witten和Seiberg进来做非对易几何了,大家就一拥而上,也包括那个年长的人。Smolin在书中也讲了一个类似的和Connes有关的故事。从这个角度来看,众口一词当然起了坏的作用,有时会严重到推迟弦论发展数年。

有时众口一词又是好事。我记得Georgi在一篇文章中说过,理论物理学家在没有热点研究的时候,都回到自己的基态,做自己过去感兴趣的研究。一旦哪儿出现突破了,就会整齐划一地去将那个突破点扩大。这是好事,毫无疑问。举例来说,量子力学就是众人一起努力的结果,如果在量子力学发展时期,大多数人都去做自己的事,量子力学的发展不会那么快。那个时候,如果出现一个难题,Bohr就会坐火车周游列国,去问大家对这个问题的看法。同样,在弦论第二次革命时期,一拥而上的结果是每天都有令人惊奇的发展。

而在相对极端如Smolin的人看来,即使在那个时期,也需要有不同的声音(他在书中没有这么说,但可以感觉出来)。问题是,原创而又革命的想法毕竟很少很少,大家都去做爱因斯坦或者海森堡,最惨的结果是大家都失败。当然,Smolin主要关心的是现在,现在应该有不同的声音,而这些不同的声音应该得到相当的鼓励和保护,这我没有任何异议。

在美国,研究生毕业要找博士后位置,博士后要找助理教授位置,助理教授要转正,正教授要申请研究经费,迫使一个人不断地跟随主流,失去自己的价值判断,的确是一个很重要的问题。

Smolin认为,基础物理自从70年代中叶之后就没有什么大的发展。粒子物理占主导地位的时代,是需要一大批研究“常规科学”的人,而Kuhn所谓科学革命并不需要。到了他读研究生的时候,他很为这件事苦恼,因为他做物理的出发点就是学习爱因斯坦和玻尔,但是哈佛那个时候充斥着做“常规科学”的人,如Weinberg,如Glashow。这些人非常聪明,高傲,有侵略性,但不象爱因斯坦那样是一个的有哲学意味的思想者。所以他失望,他所以没有退出科学,是和柏克利的哲学家Feyerabend谈话的结果。我觉得Smolin这儿有一个误区,的确,哈佛那时的教授们是场论艺术大师,但这不代表他们不是思想者。而将爱因斯坦误认为不是一个极端聪明的人肯定是错误的,也许爱因斯坦作为一个master craftsman完全被他的思想者的形象所掩盖。

弦论是主流科学,弦论是所谓的“常规科学”,所以研究弦论的大多是craftspeople,而不是thinker,不是visionary,不是Smolin所谓的seer。Smolin这里的seer的用法很值得怀疑,他的seer的定义几乎到了crank的边缘,就是我们常说的民科。当然,Smolin对seer的刻画还是要求他们有正常专家的教育背景,但他们肯定不是craftspeople,这是他的另一个误区。一个Craftsman一定是一个发应迅速的人,但他在完成他的作品时不见得就要快。米开朗基罗花了四年时间才完成了壁画《创世纪》,我们能说他是一个反应缓慢的艺术家吗?

回到常规科学对科学革命这个问题上来。Smolin认为我们处于一个需要科学革命的时代,而弦论作为常规科学占有了大多数的人力和资金资源,所以弦论实际上阻碍了科学的发展。我基本同意就量子引力和宇宙学来说,我们处于一个需要科学革命的时代。

那么,弦论一定是常规科学吗?Smolin认为弦论是常规科学的主要证据是弦论是粒子物理的继续,而不是广义相对论的继续。这个观点本身就值得商榷,很多研究弦论的人不是研究粒子物理出身的,就是粒子物理学家的学生,这是对的。弦论在过去研究的主要方式更受粒子物理的影响,这也是对的。说弦论不是爱因斯坦广义相对论的继续的唯一理由就是我们没有从background independence出发,其实,这仅仅是一个策略问题,而不是哲学方法问题。很多研究弦论的人是非常熟悉几何的,在几何的应用方面,有时远远超出Smolin眼中的那些所谓爱因斯坦的直接继承人。

既然弦论不仅仅是粒子物理的继续,Smolin的一个理由就不存在了。他的第二个理由是,弦论不关心量子力学的发展。这又是错误的,弦论发展到今天,已经涉及到量子论的一些本质问题,例如时间与量子力学的关系,在各种对偶以及AdS/CFT中,量子力学起到本质的作用。如果我们再推进一步,我们就会知道量子力学是不是需要修改,或者是不是需要重新表述,等等。我记得Wilczek在一本书中说到,科学的发展往往没有所谓的革命,而是保守派的革命,当我们将保守的方法发展到极致的时候,革命才开始。在这个意义上,弦论可以叫做保守的革命。

那么,其他的量子引力理论可以称为革命理论吗?我到现在为止还没有看到真正概念上的革命。如果有,那些革命在理论上还没有成功地还原到我们熟知的物理,更谈不上实验验证。还没有成功的“革命”不是革命,我就科学意义上的革命说,不是政治意义上的革命 :-) (政治上,失败的革命也叫革命)我这么说,并不是说弦论一定优于其他理论,而是说其他理论未必优于弦论。我十分赞成Smolin的另一种观点,就是要有预言,要能够被证伪。在这一点上,弦论不比任何竞争者更差。Smolin最近几年研究的DSR的确很有意思,但我没有看到这个模型跟任何量子引力理论的关系,如果DSR可以被证伪,不说明任何量子引力理论可以被证伪。如果我学Smolin,我还可以将非对易暴涨模型说成是弦论的可以被证伪的预言。但我不能这么说,因为我们还没有能够确凿无疑地将这种模型从弦论中推导出来。

尽管我不同意Smolin对弦论/其他理论的革命与否的判断,我非常同意他的一个看法,我们需要可以证实或证伪的预言。弦论缺乏预言,其他理论同样缺乏预言。我过去在博客中已经说了,目前没有一个真正的可以在达到的能区中实现的量子引力预言。不要告诉我在Planck能标上会怎样怎样,那里自然所有理论都有“预言”。同样,任何没有理论基础的想法都不叫预言。你给我一张纸,我可以在很短的时间内写满我的相当任意的“预言”,什么Lorentz对称破缺啦,什么CPT破坏啦,什么非线性量子力学啦。我甚至可以“预言”Tev的能标上有小绿人出现。

回过头来谈seer/craftspeople。前面说到,我认为弦论是保守的革命,弦论家大多是保守的革命家(conservative revolutionary),那么,弦论中有没有Smolin所说的seer?我认为有。我记得第二次革命开始的时候,大家都很兴奋,Susskind在《科学的美国人》上面的一篇文章中被引用说,这些推动第二次革命的中年人都very brilliant,但他看不到genius,我想他指的是Feynman那种genius。他觉得,弦论发展尽管迅速,尽管让人吃惊,但大家很快接受这些新发展的事实说明这不是真正意义上的革命,而那些中年人在这个意义上来说不是与众不同的天才。我记得他用的词是eccentricity,这就很接近Smolin嘴里的seer了。你必须足够的eccentric。从这一点来看,弦论界可能只有Susskind才算得上一个seer。如果真的有人对我这么说,我不会同意。弦论发展的“保守”的外貌,注定很多人看来不够eccentric,但如果你要我列出一个我眼中genius的名单,我会有:Susskind, Polchinski, Polyakov, Maldacena, Douglas,…… 其实,Feynman给我们一个貌似eccentric的印象不是因为他有爱因斯坦那样的风格,而是因为他无时不刻坚持beating a different drum:量子力学的表述他要重新想,于是有了路径积分;夸克他不马上接受,于是有了parton,等等。Feynman其实属于Smolin嘴里的做常规科学的那一代。

在现代人的眼中看来,甚至爱因斯坦都不是一个科学的革命家。爱因斯坦将经典物理发展到极致,量子力学才与经典物理在概念上完全不同。尽管爱因斯坦将时空动力学化,但没有脱离经典物理的因果率,也没有脱离经典物理的连续观。量子力学的那一代人真正算得上是革命者,问题是,他们在实际研究的过程中有意识地追求“革命”了吗?我觉得没有。Bohr的原子轨道模型与传统的不同在于加了量子化条件,然而有了Planck的先例,这算不上是特别的大胆;Planck本人在假设了量子以后一直不愿意接受量子是物理实在,而是认为可能从经典物理中将量子推导出来,同样,爱因斯坦在提出光量子以后花了很多时间试图从Maxwell理论中将光量子推导出来;海森堡看起来算是很大胆了,但他的对易关系是从他和Kramers研究色散关系的公式中得来的,唯一算得上是革命的想法是,他认为我们不必去研究类似电子轨道这样的在实验中没有被观测到的概念,而是代之以transition amplitudes,跃迁几率,即使这个做法,他还认为是继承爱因斯坦的。我想说的是,即使那些大家公认的革命家、思想家,在提出革命的概念或者进行革命的时候,他们并没有刻意地去革命,而是遵从Wilczek说的模式,是在做保守的革命。

未完待续。

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其他对《The Trouble with Physics》的评论:

Sean Carroll

Jon Shock

Bee

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关于 李淼

中国科学院理论物理研究所研究员
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关于《The Trouble with Physics》》有 56 条评论

  1. tytung 说:

    李老师你好,

    关于你的这篇好文章,有几点个人看法,请多指教:
    1) “而将爱因斯坦误认为不是一个极端聪明的人肯定是错误的,也许爱因斯坦作为一个master craftsman完全被他的思想者的形象所掩盖。”
    相对于当时的大部分物理学家来说,爱氏绝对不是个极端聪明的人(甚至也不如他班上的一些同学!),至少不是一个craftsman。哲学在他的思想背景里的确有着不可忽视的影响,这个影响包括他很多研究的动机和批评某种想法的视角。
    从这点来看一些被人认为很风格像他的物理学家其实是完全不一样的,如Feynman.

    2) 弦论是否延续了广义相对论(GR)的教训(lesson)不能从几何工具运用的多少来判断。GR的其中一个lesson是时空与物质互相作用并决定了各自的dynamics。就这点弦论是本质上做不到的,不是一个策略问题。

    3)关于“保守的革命”。
    我同意爱氏在写狭义相对论(SR)时并不觉得这是一项革命(SR里头的光速独立于光源速的假设是当时被普遍接受的,是以太论的基本论调),而是延续之前的某些传统。但关于光量子假设他确实认为是一项不小的革命。

  2. 李淼 说:

    tytung:

    1. 关于爱因斯坦的myth之一就是说他小时候甚至到大学都不是一个特出的学生,这显然是当然的媒体营造出来的神话。如果真的是这样,我们很难相信一个26岁的年轻人会创造那么多奇迹,而且在26岁之前已经读了很多关于电动力学的书,并在没有任何人直到的情况下写出几篇论文。

    2. 这个可以争论。

    3. 没有异议。

  3. ARUAN 说:

    不是一个特出的学生 仅仅是指考试成绩吧 ! 李淼 老师你觉得
    爱因斯坦的创造力和好奇心是可以通过考试的出来的吗?

  4. 李淼 说:

    ARUAN:

    当然不是。

  5. 番茄揚 说:

    不好意思,把旧文找出来了,
    因对这个有点感想,所以想发表一下.
    我是个中学生,亦以研究物理和数学作目标.
    虽然还有相当多的东西未学到,未知道,也未思考得那麽多,
    楼上各位所说的理论大概知道是什麽,但尝未真正了解,而且也不清楚各位所谈到的弦论物理学家的事迹,
    但也想发表一下自己的看法.

    首先,在我角度来说, 我只想知道世界, 自然界是什麽,也被物理那种洞察力及趣味性吸引, 所以才立志以物理作目标.我才不喜欢管那种什麽那一类,这一类的,也不喜谈那麽多,在我看来,什麽哲学,思想,仁义道德 都是 浪费口水的,做出来才有用,光在一边说天说地的,应要这样要那样,那有啥意思? 乾脆好好地集中研究好了. 还有,什麽继承不继承的,尽管爱因斯坦,Bohr等人是何等地伟大且贡献良多,也不代表我们跟随他们的脚步走,我们有的是自己,自己的想法,要做的是找出自己认为合理的方向,然後去尝试,,去开拓,而不是上面做什麽,小的跟着做.若是这样,人若是只听听老祖宗的说话.那人类那来今天?? 人还不是的改变,撇除旧有的观念,不断创新,有时甚至离经叛道,我们今天才能这儿用电脑,互联网,作讨论探讨吗~?? 为什麽总不能跳出框框,找个新境地呢~?? 前人,权威,难道真是这麽厉害??这麽的重要吗?? 权威也是人,他们不过提出了较合理,较为完整,有说服力的懋法,但不代表是全对的,我们没必要完全的跟随,为什麽不相信自己,让自己成为权威??

    另外,在我角度上,数学是我的玩具(并没有眨义,若有得罪就抱歉啦),数学学很好玩,我爱数学因为他多变化,我才不会管什麽高深不高深的,好玩有趣就行.但我个人认为作为一个物理研究者,不应只满足所谓的”物理,工程类”的数学,一来那些只是相当的初等(在研究中),二来范围亦很窄,因此我认为研究物理的应多涉猎一下,一来是为研究作准备,二来是也不必拘泥高不高深,当作给脑袋一点刺激也好.

    我喜欢Feynman是因为他的独特,不拘泥形式,不拘泥传统,用自己的角度看事物,这点我最喜叹.
    Einstein 给我是很伟大,很大师的感觉,是一份尊敬.
    我是感谢他对物理的新开拓,促成了对自然界的新看法,新思维.

    其实爱因斯坦的成绩没有那麽糟, 属於中上啦,只是某些科比较糟罢了.
    在现代,考试制度=能力的评估,分数高=有能力, 考试分数=学生的命运,
    真是可笑, 才不知道有多少个高分低能的存在着.

    不好意思,在胡乱说话了,抱歉啦各位.

  6. Pingback 引用通告: 博客李淼 » 卓越还是空话?-转帖几个

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