劳伦斯·克劳斯:物理学需要哲学,但不需要哲学家!

作者: Michael segal

来源: 果壳

发布日期: 2016-07-21

劳伦斯·克劳斯是一位卓越的物理学家,他强调科学方法的重要性,并认为物理学需要哲学但不需要哲学家。他在与Nautilus的对话中讨论了引力的量子化、引力波的发现及其影响、大爆炸的证据、大众对科学的认识缺陷、费曼对他的影响、与哲学家的交流、科学方法的非神圣性、信教的科学家、科幻对科学的影响以及他个人的职业选择。

劳伦斯·克劳斯(Lawrence M. Krauss)是个稀有动物。他是物理学家,成就卓越,曾预言宇宙的大部分能量都储存在真空中。他写过九本畅销书,第十本即将出版,包括大受欢迎的《星际迷航的物理学》(The Physics of Star Trek)——我读了这本书才知道,企业号需要燃烧自身质量81倍的燃料才能加速到光速的一半。

克劳斯说话从不掩饰。他谈论哲学——“物理学需要哲学,不需要哲学家”。他也谈论宗教,给《纽约客》撰文的题目是《科学家都应该是战斗的无神论者》。他总是有话直说,偶尔还引起争论。

在对话中,我明显能感到他喜欢说些直接或不敬的话。不过更重要的,是他对科学的爱,以及他对科学方法的看法。他认为,科学方法不仅仅是一件实用的工具,更具有文化的价值,需要我们的传播和辩护,哪怕会引发论战。

以下是他在俄勒冈的家中和Nautilus的对谈。

问:为什么将引力和自然界的其他力统一会那么困难?

答:其他作用力的理论都具有一些美好的特征:虽然(无限多个)量子涨落从理论上看会产生无穷大的贡献,使你无法用那些理论来做计算。但是这些理论中还存在一种对称性,使我们得以驯服那些无穷大的贡献。你可以把无限大的贡献都忽略掉,并得出行之有效的预言。

但是在广义相对论中,它的数学公式使你不能忽略这些无穷大。在某些水平上,量子力学对广义相对论的贡献是无法驯服的,计算结果没有意义。这是因为广义相对论的数学本质使然,这是它的一个特征。另一个问题是概念层面的:如果空间和时间是广义相对论的变量(它们的确是),那么从概念上说,提出一个描述时间和空间的量子理论将是非常复杂的。

问:我们要怎么知道引力能够量子化呢?

答:弗里曼·戴森(Freeman Dyson)是一位富有才华的物理学家,也是个异见分子。他已经90岁了,但近年来依然做了一些研究。我们在新加坡参加一次会议时他指出了一件事:我们并不能确定引力能够量子化。电磁波可以量子化,因为我们知道世上存在组成电磁波的量子:光子。此刻它们正朝我们飞来,照在我的脸上,也钻进记录这次访问的摄像机里,我们还能测量到它们。自然界中所有的作用力都存在对应的量子。

如果引力也是一个量子理论,那么一定有一种传递引力的量子在发生相互交换,我们把它们称为“引力子”(gravitons)。它们是引力波的量子化的结果,就像光子是电磁波的量子化结果。但是弗里曼指出,我们还没法在地球上开展实验测量引力子。他可以证明为什么办不到:要做到这一点,你必须聚集巨大的质量,还没来得及实验,就会塌缩成一个黑洞。所以他说,我们根本不可能测出引力子,也不可能知道引力是不是一个量子理论。

问:引力波的发现会带来什么结果?

答:结果会是21世纪的新的天体物理学。我们正在制造的引力波探测器就是为了达到这个目标,有了这些探测器,我们就能看到黑洞形成的一瞬间以及黑洞相撞的情景。也许这些微弱的引力波会不受阻挠地从极早宇宙传播到现在,使我们了解宇宙诞生10亿亿亿亿分之一秒时的样子,而那个时刻已经很离大爆炸很近了。

问:你还在钱包里带一张卡片、向别人证明大爆炸确实发生过吗?

答:是的,当然。

我之所以要这么做,就是因为像你这样的人会问我这个问题。大爆炸真的发生过。我希望有一天能向本·卡森(Ben Carson)解释,但我觉得他不会懂。我的卡片比较了从大爆炸出发预言的各种轻元素的含量――氢、氦和锂。我们预言它们的丰度相差10个数量级,比如宇宙的25%是氦,还有100亿分之一是锂。你如果对比观测数据、也就是这里的一条细线,就会发现它们和预测完全吻合。

我们从大爆炸出发对轻元素丰度的预测,和观测的结果是相吻合的。在我看来,这是说明理论正确的最有力证据。

问:大众对科学的认识还有哪些缺陷?

答:在我们生活的这个社会,大众对基础科学没有任何文化上的欣赏。我们关于宇宙的发现是人类最奇妙的成就,可是有的人却对真相如此畏惧,因为真相可能违背他们既有的信仰,他们就此对真相闭目塞听,这是很令人担忧的。如果这仅仅是关于大爆炸的,我还不会在意。怕就怕越过了这一步,人类就会一路滑坡,直到不相信演化论、不接受世界的本来面目、反而根据2000年前铁器时代农民的所谓智慧来制定愚蠢的法律……

问:你在年轻求学的时候遇见过大物理学家理查·费曼。他对你有什么影响?

答:当年我还是个年轻的大学生,在加拿大参加了一个物理学本科生的组织,费曼到我们的会议上发表了一次讲话。我带着女朋友一起去听讲了,她是那里少有的几位女性之一,于是费曼花了许多时间与我交谈――还有她。我整个周末都在和费曼说话。他还教我怎么跳舞。这对于一个年轻人是一次奇妙的经历。欣赏他的谈吐,阅读他的文字,对我真的影响重大。

我当然不是受他熏陶的唯一一个,但是我要说:他在谈论科学时传达的那份喜悦,也是我想在谈论科学时传达的。除了喜悦,还有勇敢——是的,他的勇敢同样重要。他鼓励我多冒险,我也真的那样尝试了。

问:说说你和哲学家大卫·阿尔伯特(David Albert)的交流吧。

答:我和他从未有过交流。我写了一本关于宇宙学的书。而他写了一篇评论,评的是他希望我写的一本关于宇宙学的书。在我看来,这两本书压根不是一码事。

他的书评写得刻薄,但是他并不理解我实际写了什么,就连“宇宙学”这个词都没有提起。这篇书评引起了一些轰动,但我觉得很平庸。如果他是个英语系学生,我会给他打C-。要写书评,那就应该围绕着一本书来写。据我的记忆,他真正评论的是只有理查德·道金斯给我写的跋。那部分也写得不好,如果我是英语系教授,也会给他不及格的。

问:物理学需要哲学吗?

答:每个人都在从事哲学,科学家当然也不例外。哲学就是批判推理、逻辑推理和分析。在这个意义上,物理学当然需要哲学。问题是:物理学家需要哲学家吗?我看已经不怎么需要了。以前是要的。早先的物理学家自己就是哲学家。当问题界定不清时,哲学是很要紧的,于是从自然哲学中产生了物理学。但是物理学已经摆脱了哲学。现在,就连科学哲学家的工作也已经和物理学家的工作没有多少关系了。

问:在你的著作《虚无中产生的宇宙》中,你问了“无”中是如何产生“有”的,你自己的回答是,“无”并不是我们想象的那种无。这是在逃避问题吗?

答:不,我只是变换了问题,这没有什么不对,科学里常这么干!我的意思是,这就是我们所说的“学习”,有的人因为我们改变了“虚无”的意思而生气,但我们同样改变过“光”的意思,因为我们发现了光是由光子构成的。学习就是这么一回事。

问:科学家会认为科学方法是神圣的吗?

答:不,它们不是神圣的。我们奉行科学方法是因为这些方法有用。如果它们不再有用,我们就抛弃它们!我们科学家不觉得有什么神圣的东西,用哲学的话说,我们是功利主义者(utilitarians)。一样东西如果没用,我们就不会再留意它;如果有用,我们就接着用它。你可以管这叫“神圣”,但我们只采纳有用的东西,而科学方法是有用的,神启没用。就这么简单!

问:你怎么看待信教的科学家?

答:人类是可以同时相信两套完全抵触的观念的。有地质学家研究古代岩石,发表的讲话和写的论文都是关于几亿年前发生的现象,但他们又自称相信地球的历史只有短短6000年。他们究竟是怎么做到的呢?我是不明白,但就是有人做得到。显然,从事科学而同时信仰宗教是可能的,因为的确有科学家信仰宗教。

但是我也说过,对于那些科学家,宗教并不干预科学,因为他们关心宇宙的实际运行原理,只是在背地里会说:也许这一切都是上帝造就的吧。可是一旦思考宇宙的原理,他们就像著名生物学家J·B·S·霍尔丹(Haldane)所说的那样,并不会认为有什么上帝或者天使在摆弄试验设备的指针。霍尔丹还说,既然在实验室里是个无神论者,那么到了实验室外何不也做个无神论者呢?

问:你是因为科幻作品才从事科学的吗?

答:这是个鸡生蛋还是蛋生鸡的问题,很难回答。我小时候是因为喜欢科学才喜欢上了科幻?还是因为喜欢科幻才喜欢上了科学?我觉得这两样是相辅相成的。科幻是好东西,因为它突破了许多人不愿谈论科学的禁忌。我好像在《星际迷航的科学》里写过这么一段话:你在聚会上告诉别人你是物理学家,他们会先应付你两句,但是当你开始谈论时间旅行和曲率引擎之类,他们就兴奋起来了!

科幻使人了解那些激动人心的科学问题、又不至于让人背上智力的包袱。有些人会到这里为止,感叹几句这真是一个有趣的问题、一个有趣的故事就完了。另一些人会开始好奇,比如我,会想知道真实宇宙的运行原理。这就是我写《星际迷航的科学》的原因,因为真实的宇宙比任何人写出的任何科幻小说都有意思。

问:如果你不是科学家,你会做什么?

答:我母亲想让我做医生,所以如果不做科学家,我可能从事医学。我还想过当电影明星,现在真的演了电影,我想我是两边的好处都占了。

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