简约“背叛”了物理么？

译者序：

本文作者弗兰克·维尔泽克（Frank Wilczek）是美国著名理论物理学家，2004年获得诺贝尔物理学奖 。这篇精彩的文章刊登于Physical Today，旨于讨论先前德国法兰克福高等研究所的理论物理学家萨拜因·霍森菲尔德（Sabine Hossenfelder）在她的新书《迷失在数学——美丽如何让物理学误入歧途》（Lost in Math： How Beauty Leads Physics Astray）中的观点。让我们来看看大师如何看待所谓现代物理学的“困境”。

本文作者，美国著名理论物理学家弗兰克·维尔泽克（Frank Wilczek）

萨拜因·霍森菲尔德（SabineHossenfelder）的新书——《迷失在数学——美丽如何让物理学误入歧途》是一本非常不寻常的书，这本书充满智慧，言辞犀利而又极具个人色彩。尽管我并不同意其中的很多观点，但是我依然推荐这本书，因为这本书首先既是一本文笔精湛，感人至深的自传，其次还通过对话和插图，揭示了一些前沿的基础物理学的内容。

图：霍森菲尔德的新书《迷失在数学——美丽如何让物理学误入歧途》

理论物理学家霍森菲尔德既对她的科学使命充满热情，又对近代的科学发展史感到失望。在书的第一段中，她谈到她的领域，“在知识的殿堂里，我们就是在挖掘地基，探索根源的人。……当我们在某件事情上有所发现时，我们就召集实验学家来一起挖掘更深层次的东西。在上个世纪，理论学家和实验学家之间的分工行之有效。但对我们这一代人来说，这一分工却令人震惊地失败了。”

霍森费尔德将这个出现的问题诊断为：我们过度地以美学角度作为指导，用以理解世界运作的原理。她回顾了20年来为科学家为追求新的物理所付出的努力，并讲述了一系列令人悲伤的挫败和许多未实现的预言。粒子物理的标准模型仍然是自20世纪70年代以来的样子：一个强大而成功的基础描述，暗含了所有观察到的自然现象，尽管如此，也仍然留下许多未解的细枝末节。

超对称理论（SUSY）在统一我们对自然的描述方面，被广泛认为是我们向前迈出的一大步，尽管耗费了十年的时间进行试验和预测，但在大型强子对撞机（LHC）上却仍未能实现。尽管科学家们付出了诸多努力，用于探测由超对称理论所预言的暗物质候选者——弱相互作用大质量粒子（WIMPs），以及其他像轴子这样的较为可信的其他候选者，但暗物质是什么仍有待于人们发现。同时，暗能量的性质也没有被阐明。霍森费尔德同时也可能在书中提到了，人们没有观测到质子衰变——这是主流统一场理论的核心预测。在这一点上，弦论连具体的预测都无法给出，更不用说成功的预测了，其他一些不那么流行的高等理论方法也是如此。

虽然这个令人悲伤的故事没有一部分是完全错误的，但可以说它是极为不完整的，而且现在盖棺定论还为时过早。过去30年是物理宇宙学的黄金时代。虽然还没有观察到质子衰变，但我们发现了一个统一场理论的另一个主要预测，即中微子的微小质量。希格斯粒子被发现，对它的详细研究也已经开始。充满希望的引力波天文学时代也已经开始。SUSY、质子衰变、WIMPs和轴子仍然非常有可能成为现实，并且它们继续激励着世界各地的实验学家刻苦工作和发挥创造力。高等理论并没有完全放弃描述物理实在。

尽管如此，霍森费尔德所表达的悲观并非空穴来风，甚至在物理学家中广泛存在。但她的诊断，即对美的追求限制了我们的眼界，让我感到非常奇怪。请让我多言几句来为物理的美学辩驳。对称性是标准模型的核心，并且对称性帮助我们发现了整个标准模型。现代物理宇宙学也以对称性和简单性为中心，无论是从其起源的相对论来看，还是蕴于其对初始条件的选择上。此外，系统地利用拓扑学中的美丽妙想也是凝聚态物理领域的一个成果丰硕的灵感来源，而从信息论中借用的美丽妙想则是物理算法领域和量子网络设计的启迪。由此来看，我们需要更多“美丽”的想法，而不是更少。

而当你去掉一些术语后，你会发现霍森费尔德在书中真正批驳的目标，不是美，而是一种鼓励脱离现实的自我满足。这种态度在所谓的“后经验科学”中达到了顶点，这种理论认为社会共识，而不是实验证据，决定了科学的有效性。在这里，她引用了物理学家乔治·埃利斯（George Ellis）的话，反驳了采用这种态度的物理学家和哲学家：“现在有物理学家说，我们不必实验他们的想法，因为这些想法是如此之好。他们或含蓄或明确地说，他们想削弱实践对理论的检验要求。在我看来，这是倒退一千年的一步。”

在我看来，发现新基础物理学之所以进展缓慢，在很大程度上是因为我们在早期取得惊人成功的自然结果。再做出改进则十分艰难。我们可能需要更多耐心。事实上，我们已经知道了这一点。而更重要的是，无论是物理学还是生命科学，都不仅仅在于挖掘更深层次的基础这一方面。

来源：公众号“中科院理论物理研究所”

作者：Frank Wilczek

翻译：黄云鹏