科学本身就是一场大辩论

苗千

这样的一个意大利人，在大学即将毕业的时候才感受到了物理学的迷人之处，发觉自己对于物理学“就像是陷入了恋爱”，决心终生从事物理学研究。成为了物理学家的罗威利也不愿循规蹈矩。在物理学最前沿的量子引力研究领域，他开创性地提出了“圈量子引力理论”（Loop Quantum Gravity）;对于看上去难以理解的量子力学，他也独树一帜，提出了自己独特的理解——“关系性量子力学”（Relational Interpretation of Quantum Mechanics）。除此之外，他还面向普通读者，以富有诗意的语言书写了多部科普著作，比如《七堂极简物理课》和《时间的秩序》，被翻译成几十种语言，拥有数百万读者。

罗威利目前在法国艾克斯-马赛大学（Aix-Marseille Université）担任理论物理学教授，他的办公室坐落在马赛郊区一个崭新的大学城区域。从马赛城中心坐车半个多小时，我见到了头发斑白的罗威利教授。他的办公室是标准的书房布置，最醒目的就是占据了一面墙的书架，上面除了各种物理学书籍，我还看到各种哲学著作，其中还有一本英文版的《庄子》。

意大利物理学家卡洛·罗威利

如何理解这个世界

三联生活周刊：能否介绍一下你的研究领域？

罗威利：我所研究的是量子引力理论，这是一个巨大的、开放性的问题，也是物理学的核心问题。这个理论希望把量子力学和爱因斯坦的广义相对论结合在一起。在大学时代我读到了一个英国物理学家发表的一篇综述文章后认识到了这个问题，我明白量子引力理论是要解决一些关于真实性的大问题，比如什么是空间，什么是时间。这让我很着迷，因为一直以来我都被这些深刻的哲学问题所吸引。所以说量子引力理论不仅是真正的科学问题，同时也关系到如何理解这个世界。

三联生活周刊：你谈到了自己对于哲学的兴趣，那么现在哲学对你来说意味着什么呢？

罗威利：我的一些同事认为“哲学已死”，但我认为他们是错的，因为在物理学家和哲学家之间总是会存在着某种对话。牛顿阅读哲学著作。爱因斯坦在15岁的时候就读了康德的三大批判，他对于哲学有深刻的兴趣，他还阅读马赫、叔本华……海森堡、麦克斯韦都阅读哲学著作。伟大的科学家都是非常热衷于学习哲学的。同样，伟大的哲学家也会认真学习科学知识。科学和哲学当然是不同的领域，人们不应该把它们混为一谈，但是我想在它们之间有很多需要相互理解的东西，而且两者的目标也是一致的，都是为了理解这个世界。所以，我想对于哲学完全不在意的物理学家会显得浅薄;同样，不理解物理学的哲学家也会显得浅薄。直到现在，我一直都在阅读哲学著作，实际上我现在正在读一位中国哲学家的作品：《庄子》。这是一本了不起的书，有很多有趣的故事，对于真实也有很深刻的思考。我非常喜欢这本书。

三联生活周刊：在牛顿时代，物理学家被称作“自然哲学家”，爱因斯坦自称是一位“马赫主义者”。但是在现在，哲学还能够给你带来灵感吗？

罗威利：是的。要做量子引力研究，有很多的技术问题，涉及到方程、几何学等等，还涉及到实验方面的问题。但还有一些理念性的问题，比如说如何从不同的角度去理解时间。（在这方面）我参加了很多哲学会议，下个月我还要去纽约参加一场关于物理学基础问题的哲学会议。我经常与那些对物理学感兴趣的哲学家进行对话。我想现在关于如何去理解量子理论，很多物理学家感到非常迷惑，而哲学家可能会提供帮助。

三联生活周刊：你是两个重要的量子引力理论之一——圈量子引力理论的创始人之一，能否用简单的语言介绍一下这个理论？

罗威利：这个理论的目的就是量子引力，把量子理论和爱因斯坦的理论融合在一起。爱因斯坦的理论是关于空间和时间的，量子理论也是关于我们所生活的空间。在量子理论中一个重要的预测就是颗粒化（Granularity），比如说光是由光子（Photon）构成的，它们是构成光的粒子，是“光量子”（Quanta of Light）。因此我们推测，我们所居住的空间，在非常小的尺度下也是量子化的。圈量子引力理論是一个数学理论，即描述空间的这种“颗粒”。

在数学上，我们认为空间是连续的。你可以对它进行任意次数的切割，但是在物理学中，空间很有可能并不是连续的，存在一个最小的空间构成，就像是一个个微小的“砖头”构成了空间。而且它们之间是相互接触的，你可以发现“圈”之间的联系，所以它才被称为“圈量子引力理论”——不同的颗粒之间是在相互运动的。它们之所以被称为“圈”有一定的历史原因，这些最基本的颗粒是三维的，它们之间可以相互演化。

“黑洞”和“白洞”

三联生活周刊：我与一些弦论学家交流过，他们对圈量子引力理论并不十分信服。他们认为爱因斯坦的广义相对论在极小的尺度下很可能是不成立的。你对此如何回应？

罗威利：我想，从历史的角度来说，弦论和圈量子引力理论是从不同的科学家群体中涌现出来的。弦论来源于粒子物理学，在粒子物理学中人们忽略掉广义相对论。从文化上和数学上来说，弦论是植根于粒子物理学的：没有引力，没有弯曲的空间。粒子物理学家和弦论学家们认为存在着一个空间，各种物体在空间中运动。而圈量子引力理论起源于研究广义相对论的物理学家，其中的一个主要思想就是空间本身是引力场，它是活跃的，有自身的动力学。在极小的尺度下，广义相对论可能确实不成立，但是在极小的尺度之下，空间必定是不存在的。所以说，这是两种不同的理念，我们不知道谁才是对的。很多人和我一样，认为弦论是错误的，弦论学家们并没有意识到广义相对论最全面的应用;而弦论学家们认为我们是错误的，因为我们不理解他们认为重要的方面。

这是一件好事，因为科学本身就是一场大辩论。目前并没有人知道最终的解决办法，有各种不同的意见，我们相互批评是一件好事。因此，对于这个问题我的具体回答是：在极小的尺度下，广义相对论的形式可能会发生改变，这当然是可能的。但是关于时空本身是一种量子场，它是颗粒化、量子化的，对于这一点我们已经理解，是不会改变的。

三联生活周刊：但是基于这一点，弦论认为时空是十维或是十一维的，而圈量子引力理论认为空间是三维的。

罗威利：是的。为了让弦论可以自圆其说，他们必须把时空拓展到10或者11个维度，需要包含超对称和各种各样的量子场，形成了一个庞大的结构，但是关于这些目前我们并没有任何证据。我们没有关于多余维度的证据，也没有关于超对称理论的证据。弦论做出了很多预测，其中很多是错误的。比如说，弦论预测宇宙常数（Cosmological Constant）是负值，当宇宙常数的测量结果显示是正数，弦论学家们并不相信，他们认为可能是测量出了问题。

三联生活周刊：那么圈量子引力理论如何解释暗能量呢？

罗威利：圈量子引力理论与取正值的宇宙常数是相符的，因此暗能量只是取正值的宇宙常数的表现而已。1917年，爱因斯坦在他的公式上添加了一项，这可以预测宇宙的膨胀。所以说，我们可以从不同的侧面来理解一件事。我认为在过去的几年里，各种迹象都表明超对称理论不成立，弦论不一定成立，而对圈量子引力理论是有利的。

三联生活周刊：这是因为圈量子引力理论的一些预测被证实了吗？

罗威利：目前无论是根据弦论还是圈量子引力理论做出的预测都没有办法去验证。这些预测都太难去证实了，当然有很多人在为此努力。弦论做出了一些预测，比如预测在欧洲核子中心里可以形成黑洞，这不是事实;预测宇宙常数是负值，这也不是事实;预测超对称理论可以在欧洲核子中心被证实，这也不是事实。

我目前主要研究黑洞。根据圈量子引力理论的预测，黑洞会发生蒸发，也就是所谓的“霍金蒸发”，而且黑洞也有可能转变为“白洞”（White Hole）。我们正在研究，根据这样的预测，在宇宙学观测中会发现什么样的信号。

“白洞”就是在时间上反转的黑洞，它与黑洞是对称的。比如对于黑洞来说一切东西都可以进入，但是没有东西可以逃脱，而白洞则是一切东西都可以逃脱，但是没有东西可以进入。如果你对一个黑洞录像，然后反着播放录像，这就是“白洞”了。目前人们认为“白洞”并不存在，但它却是可能存在的。在很长时间里，人们曾认为黑洞并不存在，但是现在大家都相信黑洞存在了。对于“白洞”来说也可能一样。

三联生活周刊：目前已经发现任何可能是“白洞”发出的宇宙信号了吗？

罗威利：现在还没有。有一些信号，比如宇宙射线，快速射电爆发，它们可能来自“白洞”，但是还都不能确定。

三联生活周刊：目前看起来，圈量子引力理论和弦论是两个相互竞争的理论，在未来，这两个理论有没有可能融合在一起？

罗威利：确实有人做出这样的预测，也有物理学家试着去这么做。人们可能会从不同的角度去尝试，但在目前来说我还没看到任何成功的迹象（当然还是有这种可能的）。

一個好的理论是能够做出预测的，我们可以通过实验去验证它成立与否。如果我的理论是正确的，经过计算显示，当一个黑洞蒸发消失了，它会转变为一个白洞并且发射出一些宇宙学信号，那么我们就可以通过天文学家去寻找这种特定的信号——这就会是理论成立的证据。这种情况是经常发生的：科学家们对一些事情感到困惑，然后出现了理论。一些理论因为没有实验证据的支持或是出现了相反的证据而消亡了，也有一些被证实是正确的，比如麦克斯韦的理论、标准模型、广义相对论等等。这些美丽的理论让我们可以去理解这个世界，对这个世界产生一些直觉，并且由此再发展出技术。

三联生活周刊：人类可能需要花费数百年的时间来发展出一个极其复杂甚至没法验证的数学架构，你是否认为物理学逐渐在演变为形而上学？

罗威利：不，我想人们必须习惯这种情况，就像我们理解地球是圆的，人可以在上面走。这在一开始是很难理解的，现在则变成了很平常的知识，就是小孩子也可以理解。当麦克斯韦发表了电磁场理论，最初显得非常奇怪，但现在我们有了广播和电视，电磁波变成了一种普通的事物。爱因斯坦的理论预测光速是可变的，这在一开始也是奇怪的，但是现在人们已经对此习以为常。科学改变了人们的认知，这些先进的理论在一开始显得非常晦涩，那是因为我们当时还不了解。

三联生活周刊：你谈到“地球是圆的”这个概念在一开始给人们带来了很大困惑，那么“时间”这个概念对你来说是什么样的呢？你在自己的书里谈到很多关于时间的话题。

罗威利：时间有很多令人感到迷惑的特征。我最新一本书的题目就叫做《时间的秩序》。我认为“时间”是一个非常有魅力的话题，这有两方面的原因：首先是因为它的本质和我们凭经验直觉所感受到的完全不同，另外也是因为时间有很多神秘的特征，我们现在还不完全理解。

三联生活周刊：时间是否会像引力一样，在不同的宇宙环境中有完全不同的方向？

罗威利：从某种意义上说，是可能的。虽然这听起来更像是科幻。在这方面，理论物理学家们需要做出努力，但不要走得太远。我想现代物理学的一个问题就是理论和实验之间的距离太远了。在很多物理学期刊上发表的论文，和实际毫无关系。在某种意义上，这是可以的，因为必须尝试各种可能，但是最终还是要回到现实。

“‘人择原理是错误的”

三联生活周刊：你说到自己不相信多重宇宙，但是关于多重宇宙理论有着不同的版本。

罗威利：我不相信多重宇宙，无论是量子力学领域的多重宇宙还是宇宙学领域的多重宇宙，我都不相信。当然在宇宙学领域的多重宇宙可能会得到实验的证实，但是目前我还没有看到关于这方面的实验证据，我只能说这样的理论并不让人信服。

科学是关于通过一些简单的事实来解释我们观察到的世界的。有些人相信多重宇宙的理由是这个理论可以用来解释宇宙常数，但是我们看到，牛顿只用了一个常数（引力常数）就解释了一切——一个常数解释无数的现象;而现在我们希望用无数的宇宙来解释一个常数，这就是本末倒置了。当然，如果出现了令人信服的实验证据，我也愿意改变我的看法。多重宇宙理论并不愚蠢，并不是不可能，也不是不科学，只是到现在我还没有看到足够的证据。

三联生活周刊：有人认为，宇宙中所有的常数都恰好允许人类的存在，这是一种几乎不可能的巧合。

罗威利：我想这是一个错误。你的祖父祖母、外公外婆都是在那么精确的时间相遇，然后结婚、生子才有了你——他们的生活是完全为了你的存在而存在的——但其实这是一种错误的思维方式。你是他们存在的结果。我们作为人类，我们是适应宇宙中各种常数而存在，而不是反之。

如果我的祖父在那一天没有遇到我的祖母，而是在其他的什么地方跳舞，他就会遇到别的女人，有别的孩子——宇宙中的常数如果是其他数值，宇宙就会是另一个样子，有其他的存在形式。所以说，宇宙常数并不特殊，它也不是为了人类的存在而调整的，是我们来适应宇宙。所谓的“人择原理”（Anthropic Principle）是错误的。我们观察到的宇宙是因为这样的常数而有了这样的形态。

三联生活周刊：那么“薛定谔的猫”还会困扰你吗？

罗威利：“薛定谔的猫”正是量子力学的奇特之处的一个展示。我想我们需要分辨相对于猫的现实以及相对于外部观察者的现实。对于我们这些在盒子之外的观察者来说，这只猫既没有活也没有死，处于一种两者皆非的叠加态。但是对于猫来说，它要么就是活着，要么就是死掉了。我认为其中的关键就在于不认为存在一种一成不变的、客观的真实。真实是相对于某一个物理学系统而言的，所以我的关于量子力学的理解才被称为“关系性量子力学”。

三联生活周刊：你写了很多面向大众的“科普书”，这些书中的文字都非常有特点，具有诗意。这有某种特殊的用意吗？

罗威利：一些科普书籍是为了对科学有热情的读者写的。但我不单独为了这些人而写，我是为所有人而写。我的书里并不会涉及到太多的科学细节问题，更多是介绍科学的理念。我试图把那种科学带来的激情和美感，我认为的科学中最迷人的东西传递给读者。可能因为我是一个意大利人的原因，我的写作与美国科学家相比完全是不同的风格。我希望在一本书里涉及到所有的问题，另外我还希望在书里把科学和哲学结合在一起。我的上一本书《七堂极简物理课》被翻译成了41种语言，卖出超过100万本，读者们很喜欢。我最新的一本《時间的秩序》对我来说非常重要，因为我把我所知的关于时间的一切全都写了进去。我写到了很多科学问题，也介绍了很多关于科学的开放性问题，还有一些我感觉有诗意的问题。我很高兴读者们能够欣赏这种写作方式。