勞倫斯·克勞斯：物理學需要哲學，但不需要哲學家

勞倫斯·克勞斯（Lawrence M. Krauss）是個稀有動物。

勞倫斯·克勞斯。圖片來源：krauss.faculty.asu.edu

他是物理學家，成就卓越，曾預言宇宙的大部分能量都儲存在真空中。他寫過九本暢銷書，第十本即將出版，包括大受歡迎的《星際迷航的物理學》（The Physics of Star Trek）——我讀了這本書才知道，企業號需要燃燒自身質量81倍的燃料才能加速到光速的一半。

克勞斯說話從不掩飾。

他談論哲學——「物理學需要哲學，不需要哲學家」。他也談論宗教，給《紐約客》撰文的題目是《科學家都應該是戰鬥的無神論者》。他總是有話直說，偶爾還引起爭論。

在對話中，我明顯能感到他喜歡說些直接或不敬的話。不過更重要的，是他對科學的愛，以及他對科學方法的看法。他認為，科學方法不僅僅是一件實用的工具，更具有文化的價值，需要我們的傳播和辯護，哪怕會引發論戰。

以下是他在俄勒岡的家中和Nautilus的對談。

問：為什麼將引力和自然界的其他力統一會那麼困難？

答：其他作用力的理論都具有一些美好的特徵：雖然（無限多個）量子漲落從理論上看會產生無窮大的貢獻，使你無法用那些理論來做計算。但是這些理論中還存在一種對稱性，使我們得以馴服那些無窮大的貢獻。你可以把無限大的貢獻都忽略掉，並得出行之有效的預言。

　　

但是在廣義相對論中，它的數學公式使你不能忽略這些無窮大。在某些水平上，量子力學對廣義相對論的貢獻是無法馴服的，計算結果沒有意義。這是因為廣義相對論的數學本質使然，這是它的一個特徵。另一個問題是概念層面的：如果空間和時間是廣義相對論的變數（它們的確是），那麼從概念上說，提出一個描述時間和空間的量子理論將是非常複雜的。

　　

但現在看來，這並不是問題的關鍵。問題的關鍵還是在數學層面――你得保證引力場在微小尺度上的無限多漲落不會毀掉廣義相對論，而現在它們確實在毀掉這個理論。正因為如此，我們才確信廣義相對論還不足以完全解答引力問題。當你研究的尺度越來越小時，這個理論就和其他所有理論一樣，需要修正。

　　

現在有兩種可能：一是用一種本身依賴於尺度的量子理論來修正廣義相對論。二是用類似弦論的東西來修正廣義相對論，得到一個最終理論，可以在從零以上的各個尺度上解釋宇宙。我說的不是弦景觀（landscape）。在大約是10^-30厘米的尺度時,引力就會體現明顯的量子效應。於是我們討論的就是，你是否能找到一個從10^-30厘米到0的尺度上描述宇宙的理論。我的朋友弗蘭克·韋爾切克（Frank Wilczek）說過，弦論並不是一個關於萬事萬物的理論(a theory of everything)，它是一個關於近乎虛無的理論(a theory of almost nothing)。

問：我們要怎麼知道引力能夠量子化呢？

答：弗里曼·戴森（Freeman Dyson）是一位富有才華的物理學家，也是個異見分子。他已經90歲了，但近年來依然做了一些研究。我們在新加坡參加一次會議時他指出了一件事：我們並不能確定引力能夠量子化。電磁波可以量子化，因為我們知道世上存在組成電磁波的量子：光子。此刻它們正朝我們飛來，照在我的臉上，也鑽進記錄這次訪問的攝像機里，我們還能測量到它們。自然界中所有的作用力都存在對應的量子。如果引力也是一個量子理論，那麼一定有一種傳遞引力的量子在發生相互交換，我們把它們稱為「引力子」（gravitons）。它們是引力波的量子化的結果，就像光子是電磁波的量子化結果。但是弗里曼指出，我們還沒法在地球上開展實驗測量引力子。他可以證明為什麼辦不到：要做到這一點，你必須聚集巨大的質量，還沒來得及實驗，就會塌縮成一個黑洞。所以他說，我們根本不可能測出引力子，也不可能知道引力是不是一個量子理論。

我對這個問題的理解都在我和弗蘭克聯名的論文里寫清楚了：我認為宇宙的行為彷彿一台引力子探測器，早期宇宙的一些物理過程會產生一種我們今天可以觀測到的現象，即引力波。然而只有量子引力存在，這些事情才有可能發生。如果引力無法量子化，我們就無法觀測到這些來自極早期宇宙的引力波了――BICEP（宇宙泛星系偏振背景成像實驗）的研究者所宣稱的發現。現在我們知道，BICEP發現的未必就是極早期宇宙的引力波。但如果極早期宇宙確實發生過所謂的「暴脹」（inflation）、也確實產生過引力波，那麼我們就能斷定引力是一種量子理論了。因此，量子引力的方方面面，未來的理論物理學家都必須做出解答——假如未來幾代的理論物理學家都能保住工作的話。

問：引力波的發現會帶來什麼結果？

答：結果會是21世紀的新的天體物理學。我們正在製造的引力波探測器就是為了達到這個目標，有了這些探測器，我們就能看到黑洞形成的一瞬間以及黑洞相撞的情景。也許這些微弱的引力波會不受阻撓地從極早宇宙傳播到現在，使我們了解宇宙誕生10億億億億分之一秒時的樣子，而那個時刻已經很離大爆炸很近了。　

我們將會看到黑洞的形成，看到中子星相撞。我們甚至不知道自己還會看到什麼。那都是大量物質參與的大毀滅事件，爆炸或塌縮伴也會產生引力波。如果廣義相對論是正確的，那麼一個黑洞在形成的最後階段就會以引力波的形式放出巨大能量，而我們或許就能看見這些波動。當兩個黑洞撞擊並結合成一個更大的黑洞，或者當兩枚中子星撞擊形成一個大型黑洞，也會產生大量引力波――我們應該能夠見證這一點，我們還會了解廣義相對論的性質和強引力的規律，還有黑洞的許多性質，以及我們平時無法看見的宇宙中的其他天體。

問：你還在錢包裡帶一張卡片、向別人證明大爆炸確實發生過嗎？

答：是的，當然。我之所以要這麼做，就是因為像你這樣的人會問我這個問題。大爆炸真的發生過。我希望有一天能向本·卡森（Ben Carson）解釋，但我覺得他不會懂。（譯註：本·卡森，美國總統候選人，曾說過大爆炸是一個童話。）

克勞斯的小卡片。圖片來源：cdn-assets.answersingenesis.org

我的卡片比較了從大爆炸出發預言的各種輕元素的含量――氫、氦和鋰。我們預言它們的丰度相差10個數量級，比如宇宙的25％是氦，還有100億分之一是鋰。你如果對比觀測數據、也就是這裡的一條細線，就會發現它們和預測完全吻合。我們從大爆炸出發對輕元素丰度的預測，和觀測的結果是相吻合的。在我看來，這是說明理論正確的最有力證據。

問：大眾對科學的認識還有哪些缺陷？

答：在我們生活的這個社會，大眾對基礎科學沒有任何文化上的欣賞。我們關於宇宙的發現是人類最奇妙的成就，可是有的人卻對真相如此畏懼，因為真相可能違背他們既有的信仰，他們就此對真相閉目塞聽，這是很令人擔憂的。如果這僅僅是關於大爆炸的，我還不會在意。怕就怕越過了這一步，人類就會一路滑坡，直到不相信演化論、不接受世界的本來面目、反而根據2000年前鐵器時代農民的所謂智慧來制定愚蠢的法律……

我認為這是我們這個文化在許多方面中體現出來的一個病徵：你可以隨便說謊而不受處罰，人們寧願相信自己想要相信的東西、而不是接受對自己不利的現實，無論在意識形態還是宗教上，都是如此。就像戈爾所說的那樣，真相有時是令人難堪的。面對真相，許多人寧願埋頭在沙子里――或許很快就要埋頭到水裡了吧。科學傳播已經有很長的歷史了，但是在我看來，傳播科學成果的需求在這些年裡變得越發迫切了，這個時代，全世界的人類都在危害地球，我們再也不能無視科學結果了，因為那樣會讓我們遭殃。

問：你在年輕求學的時候遇見過大物理學家理查·費曼。他對你有什麼影響？

答：當年我還是個年輕的大學生，在加拿大參加了一個物理學本科生的組織，費曼到我們的會議上發表了一次講話。我帶著女朋友一起去聽講了，她是那裡少有的幾位女性之一，於是費曼花了許多時間與我交談――還有她。我整個周末都在和費曼說話。他還教我怎麼跳舞。這對於一個年輕人是一次奇妙的經歷。欣賞他的談吐，閱讀他的文字，對我真的影響重大。我當然不是受他熏陶的唯一一個，但是我要說：他在談論科學時傳達的那份喜悅，也是我想在談論科學時傳達的。除了喜悅，還有勇敢——是的，他的勇敢同樣重要。他鼓勵我多冒險，我也真的那樣嘗試了。

我有幸寫出這本書有一個原因：許多年後，在哈佛任教的我在加州理工學院發表了一次講話，費曼在研討會上問了我一個問題，事後還走上來和我交談。我急著要告訴他我就是當年的那個年輕人，但有個討人厭的年輕助理教授老是纏著我，後來費曼走了，我想，好吧，下次見面再說。可後來他就死了，我再也沒能和他說上話。錯過這個機會，真是可惜。我寫這本書，也可以說是在向他道謝，因為我沒機會當面跟他道謝。

-「費曼大神，我是你的死忠粉啊！」-「朕知道了。」

問：說說你和哲學家大衛·阿爾伯特（David Albert）的交流吧。

答：我和他從未有過交流。我寫了一本關於宇宙學的書。而他寫了一篇評論，評的是他希望我寫的一本關於宇宙學的書。在我看來，這兩本書壓根不是一碼事。他的書評寫得刻薄，但是他並不理解我實際寫了什麼，就連「宇宙學」這個詞都沒有提起。這篇書評引起了一些轟動，但我覺得很平庸。如果他是個英語系學生，我會給他打C-。要寫書評，那就應該圍繞著一本書來寫。據我的記憶，他真正評論的是只有理查德·道金斯給我寫的跋。那部分也寫得不好，如果我是英語系教授，也會給他不及格的。

問：物理學需要哲學嗎？

答：每個人都在從事哲學，科學家當然也不例外。哲學就是批判推理、邏輯推理和分析。在這個意義上，物理學當然需要哲學。

問題是：物理學家需要哲學家嗎？我看已經不怎麼需要了。以前是要的。早先的物理學家自己就是哲學家。當問題界定不清時，哲學是很要緊的，於是從自然哲學中產生了物理學。但是物理學已經擺脫了哲學。現在，就連科學哲學家的工作也已經和物理學家的工作沒有多少關係了。物理學當然需要哲學，只是不需要哲學家罷了。

　　

物理學家自己就在從事哲學，只是沒有文憑。他們提出問題、批判分析、區分不同的假說、運用邏輯――這些都是重要的哲學活動。所以我不是要貶低哲學，因為這是我們切切實實從事著的工作，而且哲學在生活的許多方面都很有用處。我最近在講台上和諾姆·喬姆斯基（Noam Chomsky）長談了一次哲學，這個月還要和我的朋友、著名哲學家彼得·辛格（Peter Singer）對談一次。他們提出的問題對人類活動的許多方面都饒有趣味。只是對物理學沒有影響。　

問：在你的著作《虛無中產生的宇宙》中，你問了「無」中是如何產生「有」的，你自己的回答是，「無」並不是我們想像的那種無。這是在逃避問題嗎？

答：不，我只是變換了問題，這沒有什麼不對，科學裡常這麼干！我的意思是，這就是我們所說的「學習」，有的人因為我們改變了「虛無」的意思而生氣，但我們同樣改變過「光」的意思，因為我們發現了光是由光子構成的。學習就是這麼一回事。

　　

我們現在知道，「虛無（nothing）」是一個非常微妙的概念。我的意思是，它從來就沒有過一個較好的定義。有宗教人士反對我對虛無的定義，但他們大多數人自己也沒給它下過定義。他們定義的虛無是這樣的：虛無就是只有上帝能創造萬物的狀態。這個定義是毫無用處的。《聖經》里所謂的虛無，其實應該叫做「真空」，而且是永恆的真空――許多人認為，我們的宇宙大部分都是如此，在100年前，這是主流的看法。當時認為，宇宙就是一個銀河系加上周圍的無限黑暗的虛空，並且那片虛空是很簡單的。實際上，那個「無」中時刻創造著「有」，因為基本粒子隨時在這樣的虛空中產生、湮滅――它們稱為「虛粒子」。所以說，那些批評我們的虛無定義的人，他們自己也從來沒有好好地定義過它。　

　　

你可能會說，虛無就是不存在，可是你說的是什麼東西的不存在呢？我在說到誕生宇宙的虛無時，我指的是徹底的虛無，不僅沒有粒子和輻射，而且沒有時間和空間，這一切都是從虛無從產生的。你可能要問，那麼還有別的什麼存在嗎？我會說，這個問題在很大程度上是一個文字遊戲、或許根本是個沒有意義的問題，因為你也可以說還有別的東西存在，比如有一隻馱著一隻的烏龜、有別的宇宙，比如我們的宇宙是從一個多重宇宙中產生的之類；不過也可能真的什麼都不存在，沒有時間空間，時間空間都是忽然產生的。

說宇宙從無到有產生或許會使一些人困擾。可是，說一個光子從一盞電燈中產生，這就不使人困擾了。也許我們的宇宙就是那個光子的量子版本，有人覺得困惑，是因為這不符合他們的日常經驗、不符合他們對於虛無的經典觀念。又或者他們是在擔心因果之類的問題：要是時間和空間都是大爆炸之後才產生的，那麼整套關於因果的概念就該拋到窗外去了。如果沒有了「之前」，你就無法在這個意義上詢問因果了，這多使人困惑了！不過這也沒什麼，科學就是要使人困惑的，有人困惑就說明我們想得還不對。如果你覺得困惑了，就應該做點什麼來解惑。

問：科學家會認為科學方法是神聖的嗎？

答：不，它們不是神聖的。我們奉行科學方法是因為這些方法有用。如果它們不再有用，我們就拋棄它們！我們科學家不覺得有什麼神聖的東西，用哲學的話說，我們是功利主義者（utilitarians）。一樣東西如果沒用，我們就不會再留意它；如果有用，我們就接著用它。你可以管這叫「神聖」，但我們只採納有用的東西，而科學方法是有用的，神啟沒用。就這麼簡單！

「忘了耶穌吧，你之所以能在此，是因為恆星們死去了。」——勞倫斯·M·克勞斯問：你怎麼看待信教的科學家？

答：人類是可以同時相信兩套完全抵觸的觀念的。有地質學家研究古代岩石，發表的講話和寫的論文都是關於幾億年前發生的現象，但他們又自稱相信地球的歷史只有短短6000年。他們究竟是怎麼做到的呢？我是不明白，但就是有人做得到。

顯然，從事科學而同時信仰宗教是可能的，因為的確有科學家信仰宗教。但是我也說過，對於那些科學家，宗教並不干預科學，因為他們關心宇宙的實際運行原理，只是在背地裡會說：也許這一切都是上帝造就的吧。可是一旦思考宇宙的原理，他們就像著名生物學家J·B·S·霍爾丹（Haldane）所說的那樣，並不會認為有什麼上帝或者天使在擺弄試驗設備的指針。霍爾丹還說，既然在實驗室里是個無神論者，那麼到了實驗室外何不也做個無神論者呢？　

問：你是因為科幻作品才從事科學的嗎？

答：這是個雞生蛋還是蛋生雞的問題，很難回答。我小時候是因為喜歡科學才喜歡上了科幻？還是因為喜歡科幻才喜歡上了科學？我覺得這兩樣是相輔相成的。科幻是好東西，因為它突破了許多人不願談論科學的禁忌。我好像在《星際迷航的科學》里寫過這麼一段話：你在聚會上告訴別人你是物理學家，他們會先應付你兩句，但是當你開始談論時間旅行和曲率引擎之類，他們就興奮起來了！科幻使人了解那些激動人心的科學問題、又不至於讓人背上智力的包袱。有些人會到這裡為止，感嘆幾句這真是一個有趣的問題、一個有趣的故事就完了。另一些人會開始好奇，比如我，會想知道真實宇宙的運行原理。這就是我寫《星際迷航的科學》的原因，因為真實的宇宙比任何人寫出的任何科幻小說都有意思。

問：如果你不是科學家，你會做什麼？

答：我母親想讓我做醫生，所以如果不做科學家，我可能從事醫學。我還想過當電影明星，現在真的演了電影，我想我是兩邊的好處都佔了。

（翻譯：紅豬；校對:Sheldon ；編輯、排版：游識猷）

小測試

請在下面這群無神論者里找出本文主角Lawrence Krauss~

編譯來源：nautil.us ；Ingenious: Lawrence M. Krauss

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