大家好，我是船長(zhǎng)。

我們是否曾以為，物理學(xué)的每一次重大進(jìn)步，都必然緊隨實(shí)驗(yàn)的證實(shí)？當(dāng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)展現(xiàn)出驚人的美感時(shí)，它是否一定預(yù)示著自然界的真理？

楊振寧先生與米爾斯提出的規(guī)范場(chǎng)論，曾一度被視為優(yōu)美的數(shù)學(xué)作品，卻因其似乎與物理現(xiàn)實(shí)存在鴻溝而備受質(zhì)疑。然而，歷史給出了戲劇性的答案：近半個(gè)世紀(jì)后，“上帝粒子”的發(fā)現(xiàn)，讓這個(gè)數(shù)學(xué)上高度對(duì)稱(chēng)的理論，最終被證實(shí)為描述真實(shí)世界的基本支柱。

這一成功深刻地強(qiáng)化了一個(gè)信念：數(shù)學(xué)之美與物理之真之間存在深刻的聯(lián)系。但這也引導(dǎo)理論物理學(xué)走向一個(gè)更加依賴(lài)數(shù)學(xué)想象的境地。當(dāng)弦論試圖以額外維等純數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)統(tǒng)一所有力時(shí)，它所描繪的圖景已遠(yuǎn)超當(dāng)前乃至可預(yù)見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)所能觸及的范圍。

物理學(xué)的研究，似乎正在跨越那座連接數(shù)學(xué)與經(jīng)驗(yàn)的拱橋，步入一個(gè)名為“虛擬物理學(xué)”的領(lǐng)域——那里充滿(mǎn)數(shù)學(xué)的真實(shí)，卻可能與經(jīng)驗(yàn)的驗(yàn)證長(zhǎng)久失聯(lián)。

圖： 弗里德里希 《 霧海上的旅人 》

楊振寧與物理學(xué)的虛擬轉(zhuǎn)向

文/金觀(guān)濤

進(jìn)入虛擬物理學(xué)的途徑

1928年，英國(guó)理論物理學(xué)家保羅·狄拉克把狹義相對(duì)論中粒子動(dòng)量、位置和能量的關(guān)系轉(zhuǎn)換成算符形態(tài)，寫(xiě)出了漂亮的狄拉克方程。解狄拉克方程可以得到電子的自旋，并預(yù)言了正電子的存在。1932年，美國(guó)物理學(xué)家卡爾·安德森在宇宙射線(xiàn)中發(fā)現(xiàn)了正電子。這件事情給物理學(xué)家以巨大的震撼。狹義相對(duì)論中粒子動(dòng)量、位置和能量的關(guān)系雖然是經(jīng)受控實(shí)驗(yàn)證明的，但將其轉(zhuǎn)換為狄拉克方程依據(jù)的是量子力學(xué)公理。

在很多人心目中，量子力學(xué)公理沒(méi)有物理意義，它只是一種數(shù)學(xué)真實(shí)性。而且，狄拉克方程中存在著復(fù)數(shù)，它似乎也沒(méi)有直接的物理意義。然而，這個(gè)具有高度數(shù)學(xué)美感的方程之解居然和電子行為一致，甚至預(yù)見(jiàn)了原先不知道的正電子存在。一直以來(lái)，物理學(xué)家大多根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)建立理論，狄拉克卻把理論數(shù)學(xué)之美放在首位。楊振寧曾用“秋水文章不染塵”來(lái)形容狄拉克對(duì)物理學(xué)理論中數(shù)學(xué)之美的追求。

從此以后，理論物理學(xué)家開(kāi)始意識(shí)到，“數(shù)學(xué)之美”和物理學(xué)的“理論之真”存在著內(nèi)在的聯(lián)系。這種信念推動(dòng)了基本粒子理論迅速成熟。隨著量子場(chǎng)論的展開(kāi)，弱作用力和強(qiáng)作用力被發(fā)現(xiàn)。1954年，楊振寧和羅伯特·米爾斯提出非交換規(guī)范場(chǎng)論。這是一種基于時(shí)空對(duì)稱(chēng)之美的數(shù)學(xué)理論，即“楊—米爾斯理論”。

該理論一開(kāi)始沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)根據(jù)，甚至表面上和已知事實(shí)矛盾。然而，歷史證明：規(guī)范場(chǎng)論可以將電磁力、弱作用力和強(qiáng)作用力統(tǒng)一起來(lái)。20世紀(jì)70年代，量子色動(dòng)力學(xué)在非交換規(guī)范場(chǎng)論的基礎(chǔ)上建立起來(lái)，數(shù)學(xué)之美和自然界基本法則之間差不多被畫(huà)了等號(hào)。玻爾甚至把那些正確的理論視為“美到瘋狂”的理論。

1958年，美籍奧地利物理學(xué)家沃爾夫?qū)づ堇诟鐐惐葋喆髮W(xué)做了一場(chǎng)有關(guān)量子場(chǎng)論的報(bào)告，報(bào)告后的討論環(huán)節(jié)中，他指出自己的理論可能有些瘋狂。當(dāng)時(shí)玻爾也在場(chǎng)，他做出了一個(gè)著名的評(píng)論：也許你的理論還不夠瘋狂。

數(shù)學(xué)作為普遍可重復(fù)受控實(shí)驗(yàn)的符號(hào)結(jié)構(gòu)，其美感意味著不同受控實(shí)驗(yàn)的符號(hào)結(jié)構(gòu)整體關(guān)聯(lián)，一旦將其對(duì)應(yīng)到經(jīng)驗(yàn)上成立的受控實(shí)驗(yàn)，就是數(shù)學(xué)上美的物理學(xué)理論對(duì)未知經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的預(yù)見(jiàn)性。

如前所述，現(xiàn)代科學(xué)是橫跨經(jīng)驗(yàn)世界和數(shù)學(xué)世界的拱橋，理論物理學(xué)則是拱橋拱圈的中堅(jiān)部分，其數(shù)學(xué)之美實(shí)為對(duì)拱圈整體性的一種概括。因此，物理學(xué)家根據(jù)數(shù)學(xué)之美，提出更具預(yù)見(jiàn)性的物理學(xué)基本理論，表明發(fā)現(xiàn)物理學(xué)理論的數(shù)學(xué)之美和理論之真之間的聯(lián)系，不僅是對(duì)數(shù)學(xué)乃受控實(shí)驗(yàn)符號(hào)結(jié)構(gòu)的朦朧意識(shí)，還是對(duì)橫跨經(jīng)驗(yàn)世界和數(shù)學(xué)世界拱橋的深層結(jié)構(gòu)的初步理解。

20世紀(jì)相對(duì)論和量子力學(xué)的革命，必定會(huì)導(dǎo)致科學(xué)界追求物理學(xué)基本理論的數(shù)學(xué)美，尋找更高深、更美的數(shù)學(xué)理論來(lái)概括不同領(lǐng)域的物理學(xué)基本定律，終于成為推動(dòng)理論物理學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。

圖：埃舍爾《畫(huà)廊》

事實(shí)亦是如此，運(yùn)用高深的數(shù)學(xué)來(lái)尋找宇宙基本法則，帶來(lái)理論物理學(xué)前沿的巨大進(jìn)步。20世紀(jì)上半葉，物理學(xué)是在理論和實(shí)驗(yàn)不斷有新發(fā)現(xiàn)的驚喜中度過(guò)的。然而，人們沒(méi)有想到的是，在將理論物理學(xué)的基本原理互相聯(lián)系以建立大一統(tǒng)理論的前夜，數(shù)學(xué)上美的新理論不再如同以前那樣具有預(yù)見(jiàn)性，它甚至開(kāi)始和新的受控實(shí)驗(yàn)脫鉤。

20世紀(jì)80年代，有物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)當(dāng)代基本粒子前沿研究“盛宴已過(guò)”。近半個(gè)世紀(jì)來(lái)，盡管越來(lái)越具有數(shù)學(xué)美的理論被提出來(lái)，但新理論對(duì)新受控實(shí)驗(yàn)的預(yù)見(jiàn)能力消失了。物理學(xué)界再也沒(méi)有出現(xiàn)像20世紀(jì)上半葉那樣重大理論進(jìn)展被一個(gè)又一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明的驚喜。

理論物理學(xué)的前沿怎么了？至今沒(méi)有一個(gè)物理學(xué)家能回答。我認(rèn)為，其實(shí)這是一個(gè)哲學(xué)問(wèn)題。在真實(shí)性哲學(xué)看來(lái)，用數(shù)學(xué)和邏輯語(yǔ)言表達(dá)物理學(xué)基本定律的結(jié)構(gòu)中，存在著進(jìn)入虛擬物理學(xué)的可能。

當(dāng)橫跨經(jīng)驗(yàn)世界和數(shù)學(xué)世界拱橋的拱圈之實(shí)數(shù)集合不再與經(jīng)驗(yàn)上的時(shí)空基本測(cè)量對(duì)應(yīng)時(shí)，理論物理學(xué)家只是在做虛擬物理學(xué)的研究。這時(shí)，雖然理論物理學(xué)在發(fā)展，但其用數(shù)學(xué)推出的結(jié)論和新的實(shí)驗(yàn)不再有聯(lián)系。然而，這又如何可能呢？

我們知道，實(shí)數(shù)的大小是經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，它對(duì)應(yīng)著測(cè)量值。當(dāng)物理學(xué)基本理論用數(shù)學(xué)推出的結(jié)果是實(shí)數(shù)時(shí)，實(shí)數(shù)的值對(duì)應(yīng)的是雙重結(jié)構(gòu)符號(hào)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)該經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)總能找到相應(yīng)的受控實(shí)驗(yàn)。然而，下面我可以證明：實(shí)數(shù)值對(duì)應(yīng)新的受控實(shí)驗(yàn)，并不是永遠(yuǎn)成立的。當(dāng)其不成立時(shí)，物理學(xué)家從事的就是虛擬物理學(xué)研究。

如前所述，自然數(shù)是一個(gè)具有雙重結(jié)構(gòu)的符號(hào)系統(tǒng)，數(shù)的大小就是數(shù)“數(shù)”的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)。自然數(shù)的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)是不能當(dāng)作測(cè)量這一獨(dú)特受控實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的。為了表達(dá)測(cè)量結(jié)果的大小，必須使用實(shí)數(shù)這一具有雙重結(jié)構(gòu)的符號(hào)系統(tǒng)。根據(jù)測(cè)度論，所謂某個(gè)集合可測(cè)量，實(shí)為它和實(shí)數(shù)同構(gòu)。當(dāng)用符號(hào)系統(tǒng)表達(dá)空間和時(shí)間的測(cè)量值時(shí)，先要用實(shí)數(shù)的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)和測(cè)量結(jié)果對(duì)應(yīng)。與此同時(shí)，還需要用一個(gè)純符號(hào)結(jié)構(gòu)表達(dá)測(cè)量過(guò)程。只有這樣，空間和時(shí)間的真實(shí)性才得到完整準(zhǔn)確的符號(hào)表達(dá)。然而，根據(jù)實(shí)數(shù)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，不一定能找到與之對(duì)應(yīng)的受控實(shí)驗(yàn)。為此，讓我們來(lái)分析測(cè)量這一特定的受控實(shí)驗(yàn)。

我在前文指出：“測(cè)量是由如下三個(gè)環(huán)節(jié)組成的：一是選擇（或制造）測(cè)量的單位（比如尺子）；二是發(fā)現(xiàn)需要被測(cè)量的對(duì)象（比如線(xiàn)段）；三是測(cè)量方法和過(guò)程，它規(guī)定主體如何用測(cè)量單位去數(shù)被測(cè)量對(duì)象。

“其中第一個(gè)環(huán)節(jié)正好對(duì)應(yīng)受控實(shí)驗(yàn)可控制變量C，第二個(gè)環(huán)節(jié)是主體感知到已經(jīng)存在的經(jīng)驗(yàn)對(duì)象O（獲得對(duì)象的信息），而第三個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)受控實(shí)驗(yàn)中的L，其意義是經(jīng)驗(yàn)對(duì)象O轉(zhuǎn)化為控制變量C和通道L一起規(guī)定的Y。

“也就是說(shuō)，對(duì)象O本是主體可感知的，它對(duì)應(yīng)著一個(gè)受控觀(guān)察，主體實(shí)行控制（測(cè)量）的結(jié)果是使對(duì)象O轉(zhuǎn)化為（或在某種意義上等同于）相應(yīng)受控實(shí)驗(yàn)中的可控制變量Y。Y是由測(cè)量單位和一個(gè)由數(shù)‘?dāng)?shù)’組成的受控過(guò)程規(guī)定的�！�

一旦嚴(yán)格地用受控實(shí)驗(yàn)基本結(jié)構(gòu)定義了測(cè)量，立即就發(fā)現(xiàn)實(shí)數(shù)值Y必須是由C、O、L規(guī)定的受控實(shí)驗(yàn)之結(jié)果。只有存在著經(jīng)驗(yàn)上的C、O、L，才有測(cè)量結(jié)果Y。如果反過(guò)來(lái)，先有Y，不一定有C、O、L。也就是說(shuō)，根據(jù)實(shí)數(shù)并不一定能找得到相應(yīng)的測(cè)量。

在物理學(xué)研究中，通常講一個(gè)可觀(guān)察量存在，首先要規(guī)定這個(gè)“量”是如何測(cè)量到的，即根據(jù)一個(gè)實(shí)數(shù)值來(lái)尋找相應(yīng)測(cè)量這一相反的過(guò)程可能不存在。換言之，測(cè)量值必定和受控實(shí)驗(yàn)存在一一對(duì)應(yīng)。然而，當(dāng)研究涉及時(shí)空測(cè)量時(shí)，就不是如此了。

不同尺度的時(shí)空測(cè)量互相自洽是受控實(shí)驗(yàn)通過(guò)組織和迭代不斷擴(kuò)張的前提。我們把某一尺度的時(shí)空測(cè)量用實(shí)數(shù)表示時(shí)，會(huì)把比該尺度更小或更大的實(shí)數(shù)也對(duì)應(yīng)著經(jīng)驗(yàn)上成立的時(shí)空測(cè)量。但事實(shí)上，我們無(wú)法確定這更小或更大的時(shí)空測(cè)量值是否對(duì)應(yīng)著經(jīng)驗(yàn)上成立的受控實(shí)驗(yàn)。當(dāng)不存在經(jīng)驗(yàn)上成立的受控實(shí)驗(yàn)和測(cè)量值（實(shí)數(shù)）對(duì)應(yīng)時(shí)，實(shí)數(shù)建立的橫跨經(jīng)驗(yàn)世界和數(shù)學(xué)世界的拱橋是虛擬的，即它只是數(shù)學(xué)世界的一部分。

簡(jiǎn)而言之，在物理學(xué)研究中，通常都是先規(guī)定測(cè)量對(duì)象，再研究測(cè)量值之間的關(guān)系。一旦反過(guò)來(lái)，先預(yù)設(shè)測(cè)量值的存在，再找到經(jīng)驗(yàn)上的測(cè)量過(guò)程，相應(yīng)的物理學(xué)研究就可能是虛擬的。

舉個(gè)例子，為了研究三維空間的幾何學(xué)，數(shù)學(xué)家用三個(gè)互相獨(dú)立的實(shí)數(shù)規(guī)定空間的一個(gè)位置。當(dāng)這三個(gè)實(shí)數(shù)代表某種測(cè)量結(jié)果時(shí)，由三個(gè)實(shí)數(shù)規(guī)定的連續(xù)流形就是經(jīng)驗(yàn)上真實(shí)的空間，因?yàn)槊恳粋�(gè)測(cè)量結(jié)果都對(duì)應(yīng)著一個(gè)普遍可重復(fù)的受控實(shí)驗(yàn)。但是，這三個(gè)實(shí)數(shù)可以不對(duì)應(yīng)測(cè)量結(jié)果，其描述的流形只是數(shù)學(xué)真實(shí)。

在純幾何研究中，這兩種方法幾乎等價(jià)，有時(shí)第二種方法更有效。但對(duì)真實(shí)空間研究，第二種方法得到的結(jié)果要對(duì)應(yīng)著真實(shí)的經(jīng)驗(yàn)，必須找到三個(gè)實(shí)數(shù)對(duì)應(yīng)的真實(shí)測(cè)量。然而，這三個(gè)實(shí)數(shù)一定對(duì)應(yīng)著真實(shí)的測(cè)量嗎？這并不是在任何時(shí)候都可以判定的。實(shí)數(shù)的大小雖然是雙重結(jié)構(gòu)中的經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，但如果它不是經(jīng)驗(yàn)上存在的測(cè)量結(jié)果，則是想象成經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)符號(hào)。這時(shí)，那座橫跨經(jīng)驗(yàn)世界和數(shù)學(xué)世界的拱橋只能是虛擬的，因?yàn)槠淙匀粚儆跀?shù)學(xué)世界。

上述情況恰好出現(xiàn)在廣義相對(duì)論的引力場(chǎng)方程中。廣義相對(duì)論用微分幾何來(lái)把握時(shí)間和空間的幾何結(jié)構(gòu)，空間的每一個(gè)位置必須用三個(gè)實(shí)數(shù)來(lái)定義，再用另一個(gè)實(shí)數(shù)表示時(shí)間。這樣，四個(gè)實(shí)數(shù)代表時(shí)間和空間位置。這四組實(shí)數(shù)被稱(chēng)為廣義坐標(biāo)。沒(méi)有廣義坐標(biāo)無(wú)法研究時(shí)空流形，但廣義坐標(biāo)如果不對(duì)應(yīng)著測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，就只是數(shù)學(xué)真實(shí)，而不是真正的空間和時(shí)間。

正因如此，很多時(shí)候人們會(huì)誤將數(shù)學(xué)想象的測(cè)量當(dāng)作真實(shí)存在的時(shí)空。事實(shí)上，最早的虛擬物理學(xué)研究恰恰出現(xiàn)在愛(ài)因斯坦引力場(chǎng)方程的解之中，只是人們沒(méi)有將其和虛擬物理學(xué)聯(lián)系起來(lái)而已！

從規(guī)范場(chǎng)到“上帝粒子”

回顧推出普朗克長(zhǎng)度的步驟，先是用狹義相對(duì)論對(duì)應(yīng)的基本測(cè)量法則和量子力學(xué)相應(yīng)的基本測(cè)量法則，計(jì)算被測(cè)量的空間間隔大小和光處于該間隔之內(nèi)的能量關(guān)系，再把該關(guān)系放到引力場(chǎng)方程中，得出普朗克長(zhǎng)度以下的時(shí)空研究是虛擬物理學(xué)的結(jié)論。也就是說(shuō)，物理學(xué)的三種基本測(cè)量之間的關(guān)系規(guī)定著某一時(shí)空尺度以下是虛擬物理學(xué)。

然而，物理學(xué)的基本定律就是描述各種基本測(cè)量之間的關(guān)系。這樣一來(lái)，必定存在著進(jìn)入虛擬物理學(xué)的第二條途徑，那就是隨著對(duì)物理學(xué)基本定律的探討日益深入，特別是力圖用數(shù)學(xué)把物理學(xué)各領(lǐng)域統(tǒng)一起來(lái)的追求出現(xiàn)，也會(huì)把物理學(xué)的理論研究引入虛擬物理學(xué)。

其實(shí)，將物理學(xué)各定律統(tǒng)一起來(lái)，一直是相對(duì)論和量子力學(xué)建立后物理學(xué)理論發(fā)展的重要推動(dòng)力。眾所周知，愛(ài)因斯坦用廣義相對(duì)論解釋了萬(wàn)有引力后，一直想把電磁場(chǎng)與引力場(chǎng)統(tǒng)一起來(lái)，但沒(méi)能成功。今天看來(lái)，愛(ài)因斯坦建立統(tǒng)一場(chǎng)論之所以失敗，是因?yàn)閻?ài)因斯坦心目中的統(tǒng)一場(chǎng)論不包含量子力學(xué)的基本原理。引力場(chǎng)是時(shí)空的畸變，而電子等基本粒子是本征態(tài)，說(shuō)明其存在必須借助量子力學(xué)，統(tǒng)一場(chǎng)論必須把兩者結(jié)合起來(lái)，否定量子力學(xué)的基本公理不可能建立統(tǒng)一場(chǎng)論。

為了將場(chǎng)論和測(cè)不準(zhǔn)原理結(jié)合，首先必須用量子力學(xué)公理描述場(chǎng)論。這就是量子場(chǎng)論的形成。量子場(chǎng)論在基本粒子研究上取得巨大成功后，才能把時(shí)空形變考慮進(jìn)去，使其和引力場(chǎng)結(jié)合。該過(guò)程一開(kāi)始和引力場(chǎng)探討無(wú)關(guān)，純屬量子場(chǎng)論內(nèi)部的發(fā)展。換言之，只有弱作用力和強(qiáng)作用力被發(fā)現(xiàn)后，統(tǒng)一場(chǎng)論的探索才有可能進(jìn)入正途。

事實(shí)也正是如此。自狄拉克把狹義相對(duì)論和量子力學(xué)結(jié)合后，量子場(chǎng)論建立。把量子場(chǎng)論和廣義相對(duì)論統(tǒng)一起來(lái)的研究一直沿著數(shù)學(xué)越來(lái)越艱深的方向推進(jìn)。大致說(shuō)來(lái)，物理學(xué)家在提出美的數(shù)學(xué)理論時(shí)，都離不開(kāi)物理學(xué)研究中碰到的問(wèn)題（大多是高能實(shí)驗(yàn)和宇宙射線(xiàn)中的新發(fā)現(xiàn)）。

在這一前提下，數(shù)學(xué)和經(jīng)驗(yàn)上成立的物理學(xué)受控實(shí)驗(yàn)關(guān)系緊密，理論研究進(jìn)入虛擬物理學(xué)的可能性很小。然而，一旦將物理學(xué)各領(lǐng)域統(tǒng)一起來(lái)的理論研究和高能物理實(shí)驗(yàn)拉開(kāi)距離，虛擬物理學(xué)就有可能出現(xiàn)。對(duì)物理學(xué)理論進(jìn)入虛擬物理的途徑而言，規(guī)范場(chǎng)論是一個(gè)奇特的里程碑。

規(guī)范場(chǎng)是從時(shí)空測(cè)量的規(guī)范不變性推出的，它是純數(shù)學(xué)，似乎沒(méi)有物理意義。然而，通過(guò)規(guī)范場(chǎng)的進(jìn)一步研究，確實(shí)可以把除了引力場(chǎng)外的所有場(chǎng)都統(tǒng)一起來(lái)。規(guī)范場(chǎng)論和經(jīng)驗(yàn)結(jié)合的道路雖然漫長(zhǎng)而曲折，但證明從純數(shù)學(xué)推出物理學(xué)基本定律是可能的。正因如此，規(guī)范場(chǎng)論可以被視作20世紀(jì)理論物理學(xué)進(jìn)入虛擬物理學(xué)的急先鋒。

圖：威廉·布萊克《亙古常在者》

如前所述，1954年楊振寧和米爾斯發(fā)表了一篇論文，提出了“楊—米爾斯理論”，這就是著名的規(guī)范場(chǎng)論。規(guī)范場(chǎng)是從時(shí)空規(guī)范變化的不變性推出的，可以說(shuō)是宇宙中最對(duì)稱(chēng)的場(chǎng)，數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)十分美妙，但和物理世界沒(méi)有關(guān)系。為什么？因?yàn)殡姶艌?chǎng)也滿(mǎn)足規(guī)范不變性，傳遞電磁場(chǎng)作用力的是光子，其靜質(zhì)量是零。

同理，傳遞楊—米爾斯規(guī)范場(chǎng)相應(yīng)的粒子質(zhì)量也必須是零，故不可能用來(lái)描述不同于電磁場(chǎng)以外的其他場(chǎng)。它似乎只是一種數(shù)學(xué)真實(shí)，作為物理學(xué)的場(chǎng)論，只能是虛擬的。

其實(shí)，1954年楊振寧接受美國(guó)物理學(xué)家尤利烏斯·奧本海默的邀請(qǐng)，在普林斯頓做有關(guān)規(guī)范場(chǎng)的報(bào)告時(shí)，物理學(xué)家泡利已經(jīng)感覺(jué)到了這一點(diǎn)，并對(duì)楊—米爾斯理論提出懷疑。據(jù)楊振寧回憶，報(bào)告會(huì)開(kāi)始后不久，泡利就發(fā)問(wèn)道：“這個(gè)場(chǎng)的質(zhì)量是什么？”楊振寧回答“不知道”，并接著講下去。泡利很快又打斷楊振寧的話(huà)頭，問(wèn)了同一個(gè)問(wèn)題。楊振寧回憶說(shuō)自己大概講了“這個(gè)問(wèn)題很復(fù)雜，我們研究過(guò)，但沒(méi)有肯定的結(jié)論”之類(lèi)的話(huà)。他還記得泡利很快就接過(guò)話(huà)題說(shuō)：“這不成其為一種托詞。”

楊振寧自知說(shuō)錯(cuò)了話(huà)，沉吟半晌，便坐下了。大家都覺(jué)得很窘迫。后來(lái)，還是奧本海默發(fā)話(huà)：“好了，讓弗蘭克（楊振寧的英文名字，譯注）繼續(xù)說(shuō)下去吧�！边@樣，楊振寧才又接著講下去。此后，泡利不再提任何問(wèn)題了。泡利的挑戰(zhàn)看來(lái)是致命的，從當(dāng)時(shí)的立場(chǎng)看來(lái)，規(guī)范場(chǎng)似乎只是數(shù)學(xué)真實(shí)。在某種意義上，它已經(jīng)偏離了時(shí)空結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)研究，有一點(diǎn)虛擬物理學(xué)的味道了。

正因如此，在楊—米爾斯規(guī)范場(chǎng)理論提出后的很長(zhǎng)時(shí)間里，主流物理學(xué)界對(duì)此無(wú)人問(wèn)津。根據(jù)楊振寧的回憶，在這一理論提出之初，只有一個(gè)地方邀請(qǐng)過(guò)楊振寧進(jìn)行相關(guān)主題的演講，就是上文所述的1954年來(lái)自?shī)W本海默的邀請(qǐng)。

而且，在楊—米爾斯規(guī)范場(chǎng)理論和物理真實(shí)之間似乎存在著一條無(wú)法跨越的巨大鴻溝。因?yàn)槿跸嗷プ饔煤蛷?qiáng)相互作用都是短程力，傳遞弱相互作用的規(guī)范玻色子一定是有質(zhì)量的。一旦粒子有質(zhì)量，就會(huì)破壞楊—米爾斯理論中的規(guī)范對(duì)稱(chēng)性。這使楊—米爾斯規(guī)范場(chǎng)理論很難和物理學(xué)相聯(lián)系，只能是一種純數(shù)學(xué)的存在。

規(guī)范場(chǎng)論和物理學(xué)建立緊密的聯(lián)系耗費(fèi)了20多年。在1961年發(fā)表的文章中，日本物理學(xué)家南部陽(yáng)一郎率先把“自發(fā)對(duì)稱(chēng)性破缺”的概念從凝聚態(tài)物理引入粒子物理之后，事情才有了轉(zhuǎn)機(jī)。

同一年，英籍美國(guó)物理學(xué)家杰弗里·戈德斯通也發(fā)現(xiàn)規(guī)范場(chǎng)的對(duì)稱(chēng)性會(huì)自發(fā)破缺。南部陽(yáng)一郎的工作要等到2008年才獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，說(shuō)明將規(guī)范場(chǎng)的純數(shù)學(xué)真實(shí)性和物理學(xué)建立聯(lián)系過(guò)程之漫長(zhǎng)。正是在南部陽(yáng)一郎和戈德斯通研究的啟發(fā)下，1964年物理學(xué)家彼得·希格斯把自發(fā)對(duì)稱(chēng)性破缺機(jī)制運(yùn)用到規(guī)范理論中，發(fā)現(xiàn)楊—米爾斯場(chǎng)規(guī)范粒子可以在自發(fā)對(duì)稱(chēng)性破缺時(shí)獲得質(zhì)量。這種獲得質(zhì)量的機(jī)制被稱(chēng)為“希格斯機(jī)制”。同時(shí)有另外5位科學(xué)家也獲得相同的結(jié)論，包括弗朗索瓦·恩格勒、羅伯特·布繞特、杰拉德·古拉尼、卡爾·哈庚和湯姆·基博爾。

圖：電影《降臨》劇照

從此以后，人們開(kāi)始嘗試用楊—米爾斯場(chǎng)來(lái)統(tǒng)一弱相互作用和電磁相互作用。1967前后，在美國(guó)物理學(xué)家謝爾頓·格拉肖、斯蒂文·溫伯格和巴基斯坦物理學(xué)家阿卜杜勒·薩拉姆的共同努力下，建立在規(guī)范場(chǎng)理論之上的弱電統(tǒng)一理論的基本框架終于建立起來(lái)了。三人也因此獲得了1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1972年，物理學(xué)家們又證實(shí)楊—米爾斯場(chǎng)可以重整化。這樣一來(lái)，規(guī)范場(chǎng)論終于成了物理學(xué)的基本理論。

上述分析表明，由楊—米爾斯規(guī)范場(chǎng)理論走向物理學(xué)基本理論的過(guò)程中，希格斯機(jī)制的發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要。因其是賦予萬(wàn)物質(zhì)量的場(chǎng)，故希格斯場(chǎng)的粒子亦被稱(chēng)為“上帝粒子”。觀(guān)察希格斯場(chǎng)對(duì)應(yīng)的粒子需要極高的能量，故要等到新建的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）落成，才可能做相應(yīng)的受控實(shí)驗(yàn)。

2012年，上帝粒子終于被發(fā)現(xiàn)，證明其存在的兩篇論文由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)千位研究人員共同署名。2013年，希格斯和恩格勒獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。也就是說(shuō)，希格斯機(jī)制被提出半個(gè)世紀(jì)后，它終于被受控實(shí)驗(yàn)觀(guān)察到了。因時(shí)間久遠(yuǎn)，這時(shí)該機(jī)制的最早提出者之一布繞特已經(jīng)去世。

只有上帝粒子被一個(gè)全新的普遍可重復(fù)的受控實(shí)驗(yàn)證明，從規(guī)范場(chǎng)論開(kāi)始的理論物理學(xué)探討才和虛擬物理學(xué)劃清界限。雖然統(tǒng)一引力場(chǎng)和其他場(chǎng)的問(wèn)題尚未得到最后解決，但這是走向統(tǒng)一場(chǎng)論的關(guān)鍵一步。一旦將希格斯機(jī)制和宇宙起源的大爆炸假說(shuō)結(jié)合起來(lái)，就可以得到一幅有趣的圖像：宇宙大爆炸剛發(fā)生時(shí)，原本沒(méi)有重力，幾分鐘之后溫度變低，對(duì)稱(chēng)性破缺了，質(zhì)量和萬(wàn)有引力隨之產(chǎn)生。

規(guī)范場(chǎng)論得到經(jīng)驗(yàn)證明表明，物理學(xué)家長(zhǎng)期堅(jiān)持的“理論不能從純數(shù)學(xué)導(dǎo)出”的理念不一定正確。這必定會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)伽利略以來(lái)就存在的信念：數(shù)學(xué)本身和物理規(guī)律等價(jià)，凡是數(shù)學(xué)上美的定律，一定代表著物理學(xué)基本定律。

事實(shí)上，正是這種信念進(jìn)一步推動(dòng)把廣義相對(duì)論和量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)的物理學(xué)理論研究。然而，令人深思的是，自20世紀(jì)80年代之后，這些從純數(shù)學(xué)開(kāi)始的物理學(xué)理論的命運(yùn)卻和規(guī)范場(chǎng)論不相同，它們?cè)僖驳貌坏叫挛锢韺W(xué)實(shí)驗(yàn)的證明，終于進(jìn)入了虛擬物理學(xué)。這方面典型的例子是各式各樣的弦論。為了說(shuō)明物理學(xué)理論進(jìn)入虛擬物理學(xué)的第二條途徑，讓我們來(lái)分析近30年來(lái)理論物理學(xué)的前沿：超弦理論。

宇宙終極定律的幻象

超弦理論為了實(shí)現(xiàn)了量子力學(xué)和廣義相對(duì)論的統(tǒng)一，在時(shí)空結(jié)構(gòu)上加上額外的維度。如前所述，空間維度是指長(zhǎng)度測(cè)量的自由度，時(shí)間維度則由做過(guò)一次受控實(shí)驗(yàn)后總可以做下一次規(guī)定，它是把光速不變和空間長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)合的結(jié)果。

這樣，在經(jīng)驗(yàn)上只存在四維時(shí)空，即三維空間再加上一維時(shí)間。如果把受控實(shí)驗(yàn)表達(dá)為數(shù)學(xué)符號(hào)，空間維度即控制變量選擇的自由度，超過(guò)三維的空間雖然在經(jīng)驗(yàn)上不存在，但作為控制過(guò)程的符號(hào)表達(dá)是可能的。也就是說(shuō)，高于或低于三維的空間一直是一種純數(shù)學(xué)真實(shí)。當(dāng)數(shù)學(xué)真實(shí)可以成為物理學(xué)基本法則時(shí)，高于三維空間的數(shù)學(xué)理論就進(jìn)入了物理學(xué)的理論研究。

早在1914年一個(gè)叫貢納爾·努德斯特倫的芬蘭物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，為了統(tǒng)一引力場(chǎng)與電磁場(chǎng)，我們只需要增加一個(gè)空間維度就行了。他寫(xiě)出描述有四個(gè)空間維（加一個(gè)時(shí)間維）的世界的電磁場(chǎng)的方程，引力也就跳出來(lái)了。正是靠這額外的一個(gè)空間維，得到與愛(ài)因斯坦狹義相對(duì)論相符的引力和電磁力的統(tǒng)一。

1926年，德國(guó)數(shù)學(xué)物理學(xué)家西奧多·卡魯扎進(jìn)一步將愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論用于五維世界，把愛(ài)因斯坦的引力場(chǎng)方程加以改寫(xiě)�？斣l(fā)現(xiàn)，改寫(xiě)后的方程可以把當(dāng)時(shí)已知的兩種基本力即“電磁力”和“引力”統(tǒng)一在同一個(gè)方程中。上述在理論中額外添加的維度統(tǒng)稱(chēng)為“額外維”。

超弦理論為了從純數(shù)學(xué)真實(shí)出發(fā)推出物理學(xué)基本定律，在方法上亦運(yùn)用了“額外維”。超弦理論最早提出的時(shí)候，一度暗含了“世界必須有25個(gè)空間維”的假設(shè)，因此一直受到人們的懷疑。

1970年，理論家拉蒙德改寫(xiě)了描述弦的方程。新的弦論清除了人們接受它的一個(gè)主要障礙。它也沒(méi)有25個(gè)維度，只有9個(gè)。雖然九維不是三維，但接近了很多。加上時(shí)間維，新的超對(duì)稱(chēng)弦（簡(jiǎn)稱(chēng)超弦）居于一個(gè)十維的世界。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，超弦理論的研究者又試圖將十一維引入超弦理論，其中以美國(guó)理論物理學(xué)家愛(ài)德華·威滕為代表。為什么弦理論的統(tǒng)一需要額外的一維呢？額外維的性質(zhì)可以解釋為在其他維上變化的場(chǎng)。威騰將這一學(xué)說(shuō)稱(chēng)作M理論，從此證明當(dāng)時(shí)許多不同版本的超弦理論，其實(shí)是M理論的不同極限設(shè)定條件下的結(jié)果。

圖：康定斯基《無(wú)題》

弦理論之所以吸引這么多注意，是因?yàn)楹芏嗳苏J(rèn)為它有可能會(huì)成為“終極理論”。所謂“終極理論”指的是，超弦理論可能統(tǒng)一量子力學(xué)和廣義相對(duì)論，它暗示時(shí)間和空間并不是最基本的，而是從一些更基本的量導(dǎo)出或演化而成。換言之，一旦超弦理論獲得成功，那似乎會(huì)是一場(chǎng)人類(lèi)對(duì)時(shí)空概念、時(shí)空維數(shù)等認(rèn)識(shí)的根本變革，其深刻程度不亞于20世紀(jì)的物理學(xué)革命。

當(dāng)然，弦理論至今還不能判斷是否存在量子引力，也不知道它能否運(yùn)用到那些量子力學(xué)與廣義相對(duì)論不能處理的極端情況，如黑洞邊界、宇宙大爆炸之初的世界。但從數(shù)學(xué)上看，超弦理論已經(jīng)推出了從量子力學(xué)和相對(duì)論得到的所有成果，顯示了理論之美。然而，超弦理論雖然在數(shù)學(xué)上很美妙，但直到今天也沒(méi)有提出一個(gè)可以由新的受控實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)的預(yù)言。

超弦理論是當(dāng)代物理學(xué)的前沿，因其使用的數(shù)學(xué)相當(dāng)艱深，只有具備極高數(shù)學(xué)天賦的人才能從事相關(guān)研究。物理學(xué)的理論研究從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)這種情況：一方面，越來(lái)越多的人投入理論探索；另一方面，其結(jié)果好像和物理實(shí)驗(yàn)沒(méi)有關(guān)系，這種研究好像位于數(shù)學(xué)和物理之間，兩頭不沾。

從純數(shù)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，超弦理論缺乏足夠的嚴(yán)格性，離不開(kāi)物理學(xué)的經(jīng)驗(yàn)想象。從物理學(xué)角度來(lái)看，它又提不出可用新受控實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)的東西。超弦理論的方向正確嗎？這個(gè)問(wèn)題終于引起了科學(xué)界的爭(zhēng)論。

2015年12月，在慕尼黑召開(kāi)了一次有關(guān)超弦理論是否屬于科學(xué)的討論會(huì)。早在會(huì)議開(kāi)始前的一個(gè)月，大辯論已經(jīng)開(kāi)始。無(wú)論是嚴(yán)肅的《自然》雜志，還是人數(shù)眾多的推特都卷入了論戰(zhàn)。對(duì)于超弦理論的研究者，這是一次當(dāng)代理論物理學(xué)的保衛(wèi)戰(zhàn)。反對(duì)者因超弦理論脫離實(shí)踐驗(yàn)證而稱(chēng)之為偽科學(xué)。

正如宇宙學(xué)家喬治·埃利斯所說(shuō)：“最讓我恐慌的是，若不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的理論可以成為科學(xué)，那么科學(xué)和裝神弄鬼的廢話(huà)或者科幻小說(shuō)也就沒(méi)了區(qū)別。”人們?cè)僖淮文贸霾ㄆ諣柕淖C偽主義來(lái)作為科學(xué)的判據(jù)。瑞典物理學(xué)家薩拜因·霍森菲爾德指出：“無(wú)需實(shí)驗(yàn)證明的科學(xué)這個(gè)名詞本身就是自相矛盾的�！惫鸫髮W(xué)教授彼得·加利森則一針見(jiàn)血地指出雙方爭(zhēng)論的核心：“這是一場(chǎng)有關(guān)物理學(xué)本質(zhì)的爭(zhēng)論�！�

超弦理論支持者則指出波普爾的證偽主義不能作為科學(xué)的依據(jù)，因?yàn)樽C偽主義完全忽略了數(shù)學(xué)，而追求數(shù)學(xué)美是超弦理論的基本價(jià)值取向。宇宙學(xué)家肖恩·卡羅爾在他的推特上寫(xiě)道：“我們不可能提前預(yù)知什么樣的理論可以正確描述世界�！本o接著他又這樣論證：“只有缺乏哲學(xué)素養(yǎng)的科學(xué)家才會(huì)把可證偽性奉若《圣經(jīng)》�！�

為了指出波普爾證偽主義科學(xué)觀(guān)的過(guò)時(shí)，斯坦福大學(xué)的理論物理學(xué)家倫納德·薩斯坎德竟發(fā)明一個(gè)新詞Popperazzi，用其來(lái)指涉高舉波普爾大旗的科學(xué)家們。Popperazzi可譯為“波普爾的跟屁蟲(chóng)”，因?yàn)椤癮zzi”或“razzi”是表示“追隨者”的詞綴。在他來(lái)看，波普爾的證偽主義從來(lái)都是非科學(xué)的，用它來(lái)作為科學(xué)和偽科學(xué)的界限根本是一種錯(cuò)誤。

上述爭(zhēng)論表明現(xiàn)有的科學(xué)哲學(xué)已經(jīng)無(wú)法對(duì)物理學(xué)理論前沿做出正確的判斷，因?yàn)槌依碚撌翘摂M物理學(xué)。一方面，就真實(shí)性標(biāo)準(zhǔn)而言，它只是純數(shù)學(xué)，只要數(shù)學(xué)上正確，它就是真的；另一方面，超弦理論和純數(shù)學(xué)不同，屬于用純數(shù)學(xué)真實(shí)對(duì)經(jīng)驗(yàn)世界的想象，這些經(jīng)驗(yàn)想象和經(jīng)驗(yàn)上能做的受控實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)，經(jīng)驗(yàn)對(duì)科學(xué)理論的證實(shí)和證偽對(duì)它不起作用。

研討會(huì)的組織者理查德·戴維及其同行者們都發(fā)現(xiàn)，弦理論這樣的物理學(xué)理論已經(jīng)偏離了伽利略時(shí)代所確立的科學(xué)傳統(tǒng)，有的超弦論者據(jù)此將其理論稱(chēng)為“后經(jīng)驗(yàn)的”；戴維覺(jué)得使用“后經(jīng)驗(yàn)科學(xué)”太像后現(xiàn)代主義，似乎不妥，他提倡使用“非經(jīng)驗(yàn)理論”來(lái)形容弦理論。然而，真的有非經(jīng)驗(yàn)的物理學(xué)理論嗎？

從規(guī)范場(chǎng)理論到弦理論，反映了物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)：

20世紀(jì)后期的物理學(xué)將物理事實(shí)變成了數(shù)學(xué)概念（如規(guī)范場(chǎng)等于聯(lián)絡(luò)，基本粒子歸結(jié)為對(duì)稱(chēng)），而弦理論就把這些數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，得到數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)的結(jié)果。其實(shí)，對(duì)超弦理論更準(zhǔn)確的定位是，它是虛擬物理學(xué)。雖然規(guī)范場(chǎng)論開(kāi)啟了虛擬物理學(xué)的濫觴，但其本身不是虛擬物理學(xué)。正因如此，根據(jù)規(guī)范場(chǎng)可提出弱電統(tǒng)一理論，上帝粒子的預(yù)言也得到證明。那么，為什么規(guī)范場(chǎng)論不是虛擬物理學(xué)，而超弦理論是虛擬物理學(xué)？

從情境上講，超弦理論用額外維來(lái)統(tǒng)一量子力學(xué)和相對(duì)論，這一點(diǎn)確實(shí)和規(guī)范場(chǎng)論類(lèi)似，它們都只是數(shù)學(xué)真實(shí)。規(guī)范場(chǎng)論被實(shí)驗(yàn)證明用了半個(gè)世紀(jì)，為什么我不相信超弦理論最終也會(huì)被以后的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)證明呢？?jī)烧呔烤勾嬖谥裁礃拥谋举|(zhì)差別，使一個(gè)是物理學(xué)基本理論，另一個(gè)則是虛擬物理學(xué)呢？

答案的關(guān)鍵在于，超弦理論在時(shí)空研究中引入了額外維。額外維只能是數(shù)學(xué)真實(shí)，不可能轉(zhuǎn)化為經(jīng)驗(yàn)真實(shí)。為什么？因?yàn)榭臻g的真實(shí)性就是空間測(cè)量的普遍可重復(fù)性。就測(cè)量這一受控實(shí)驗(yàn)而言，空間降維意味著要將空間某一維的長(zhǎng)度在測(cè)量過(guò)程中收縮為一個(gè)點(diǎn)，根據(jù)我在前文指出的基本測(cè)量法則之三，即測(cè)不準(zhǔn)原理，為此需要無(wú)窮大的能量，這在受控實(shí)驗(yàn)中是做不到的。然而，因?yàn)閹缀螌W(xué)孕育了現(xiàn)代科學(xué)，我們很難發(fā)現(xiàn)空間降維不可能實(shí)現(xiàn)。

眾所周知，在幾何學(xué)研究中，我們可以很容易實(shí)現(xiàn)空間的降維，如想象一個(gè)生活在二維世界的生物的行為，以及二維世界的物理定律，或是想象一根只有長(zhǎng)度的線(xiàn)。但迄今為止，在人類(lèi)經(jīng)驗(yàn)上從未通過(guò)受控實(shí)驗(yàn)的組織和迭代實(shí)現(xiàn)過(guò)空間的降維。例如，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)盡可能薄的平面，以及一條盡可能細(xì)的線(xiàn)。但無(wú)論怎么做，在經(jīng)驗(yàn)上它們都是三維的，而不是二維或一維的。降維都是如此，更何況空間升維呢？

確實(shí)，我們可以根據(jù)三維空間想象高于三維的空間，用其構(gòu)造出包含我們已知宇宙定律的新法則，但這只是純數(shù)學(xué)真實(shí)對(duì)物理學(xué)的想象而已。既然該數(shù)學(xué)想象不可能轉(zhuǎn)化為經(jīng)驗(yàn)，由這種數(shù)學(xué)想象構(gòu)成的法則當(dāng)然不再是物理定律。相比之下，雖然規(guī)范場(chǎng)理論也是數(shù)學(xué)真實(shí)，但它和物理世界的關(guān)系中不存在空間降維或升維這樣不可逾越的鴻溝。

圖：畢加索《小丑和戴項(xiàng)鏈的女人》

規(guī)范場(chǎng)論之所以是純數(shù)學(xué)，是因?yàn)槠錇樽顚?duì)稱(chēng)的場(chǎng)，這樣對(duì)稱(chēng)的場(chǎng)在經(jīng)驗(yàn)世界不存在。一旦對(duì)稱(chēng)性破缺，通過(guò)它就可以描述經(jīng)驗(yàn)上存在的場(chǎng)了。也就是說(shuō)，規(guī)范場(chǎng)論作為純數(shù)學(xué)對(duì)物理定律的想象，可能轉(zhuǎn)化為對(duì)經(jīng)驗(yàn)世界物理定律的描繪。超弦理論則不可能，它只能是虛擬物理學(xué)。

雖然超弦理論不可能通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)證明，但這并不意味著它作為虛擬物理學(xué)是毫無(wú)意義的。首先，虛擬物理學(xué)作為一種獨(dú)特的數(shù)學(xué)真實(shí)，并不一定局限于超弦理論。在未來(lái)某日，或許會(huì)在其他物理學(xué)理論研究中也發(fā)現(xiàn)虛擬物理學(xué)。

其次，虛擬物理學(xué)的存在，揭示了現(xiàn)代科學(xué)和超越視野的關(guān)系。超弦理論用自己對(duì)時(shí)空結(jié)構(gòu)的探索證明現(xiàn)代科學(xué)理論向數(shù)學(xué)真實(shí)的過(guò)渡是連續(xù)的，那就是作為拱橋的雙重結(jié)構(gòu)的符號(hào)系統(tǒng)和數(shù)學(xué)真實(shí)之間缺乏明確的邊界，我們對(duì)其做不斷深入的探討時(shí)，很可能越出該邊界而不自知。

更重要的是，用數(shù)學(xué)法則來(lái)代替物理世界的終極定律，本質(zhì)上仍屬于古希臘超越視野對(duì)宇宙終極法則的想象。雖然這一切經(jīng)歷了現(xiàn)代科學(xué)的洗禮，但這種宇宙法則的想象仍沒(méi)有脫離古希臘超越視野的深層結(jié)構(gòu)。

我在《消失的真實(shí)》中就指出，不同的超越視野都有自己對(duì)宇宙終極法則的想象，它們不等同于科學(xué)真實(shí)的物理定律，本在意料之中�，F(xiàn)在我們終于發(fā)現(xiàn)，孕育了現(xiàn)代科學(xué)的古希臘認(rèn)知理性，其成熟后對(duì)宇宙終極規(guī)律的認(rèn)識(shí)亦如此。它表明任何一種超越視野對(duì)終極法則的想象都存在限制，基于認(rèn)知超越視野的現(xiàn)代科學(xué)用數(shù)學(xué)作為物理世界終極定律，亦沒(méi)有逃出這一限定。換言之，虛擬物理學(xué)的存在證明了現(xiàn)代科學(xué)文明（現(xiàn)代社會(huì)）只是軸心文明的新形態(tài)。

物理學(xué)基本理論的探索進(jìn)入虛擬物理學(xué)而不自知，這無(wú)疑使人類(lèi)在尋找支配物理世界的終極規(guī)律方面出現(xiàn)雄心受挫。意識(shí)到這一點(diǎn)的物理學(xué)家是痛苦的。其中，索卡爾的老師、著名物理學(xué)家溫伯格的思考最為深刻。因?yàn)樗呀?jīng)隱隱感覺(jué)到虛擬物理學(xué)的存在，發(fā)現(xiàn)尋找物理學(xué)的終極定律涉及整個(gè)知識(shí)論。在科學(xué)戰(zhàn)爭(zhēng)中，溫伯格堅(jiān)決站在索卡爾一邊，認(rèn)為科學(xué)理論和意識(shí)形態(tài)、終極關(guān)懷無(wú)關(guān)。他堅(jiān)定地相信嘗試彌合相對(duì)論與量子力學(xué)的鴻溝是巨大的進(jìn)步，其讓我們可以?xún)H僅基于數(shù)學(xué)計(jì)算和純粹的思考，發(fā)展出描述自然的正確理論。

然而，他同時(shí)意識(shí)到：“在通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示隱藏在標(biāo)準(zhǔn)模型下的真相之前，我們必須獲得遠(yuǎn)超現(xiàn)有水平的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰�，但前路漫漫�！睖夭駷榧償?shù)學(xué)法則不能得到宇宙終極定律感到困惑。他這樣說(shuō)：“我確信，如果保持現(xiàn)有的模式繼續(xù)發(fā)展物理學(xué)……我們終將得出一個(gè)最終理論，但我大概率等不到這樣一天，你們也很可能等不到�！彼踔脸姓J(rèn)，也許，沒(méi)有人能等到那一天。其原因或許是我們?nèi)狈Φ牟皇菍?shí)驗(yàn)?zāi)芰�，而是智力�！叭祟?lèi)可能不夠聰明，無(wú)法理解真正的基本物理定律。”

在2015年出版的一本書(shū)中，他把希望寄托于從古希臘、牛頓時(shí)代到今天的科學(xué)史研究。溫伯格似乎已經(jīng)感受到超越視野和宇宙終極法則想象之間的隱秘聯(lián)系。也就是說(shuō)，從探索物理學(xué)的基本定律到發(fā)現(xiàn)支配宇宙的終極法則，必定會(huì)涉及現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)—哲學(xué)的知識(shí)論。

事實(shí)確實(shí)如此，對(duì)這些問(wèn)題的討論，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出物理學(xué)，甚至不是把握科學(xué)真實(shí)的現(xiàn)代科學(xué)理論所能解決的�？茖W(xué)再一次召喚著哲學(xué)。我們也應(yīng)該結(jié)束有關(guān)“現(xiàn)代科學(xué)是什么”這一冗長(zhǎng)而繁復(fù)的討論，回到哲學(xué)和知識(shí)論中來(lái)了。

本文系摘選自《真實(shí)與虛擬》一書(shū)第三編第三章。為便于閱讀，部分段落做了拆分和刪減，推文標(biāo)題為編者所擬，學(xué)術(shù)討論請(qǐng)以原文為準(zhǔn)。文中部分配圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系公眾號(hào)后臺(tái)刪除。

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