物理规律到底是不是真实的客观存在？比如作为大统一理论候选者之一的弦理论一直不能被物理实验所证实，那么它是合格的物理理论吗？量子力学改变了我们对牛顿时代的经典物理规律的看法，在量子世界中呈现出来的概率性也暗示着物理规律与人的观测有关，这又是否说明，物理规律不能独立于人而存在？
这篇原载于《环球科学》10月刊的文章，将带领我们探讨物理与哲学的界限。《环球科学》10月新刊送上年度专题——世界是真实的吗，从物理、数学、生物学等角度探索世界的本质。
物理似乎是人类生活中仅有的有明确真理的领域之一。物理定律描述着我们的现实，它们基于严谨的数学和实验的验证，给出的是明确的答案，而不是永无休止的哲学思辨，这样的物理不是只针对你或者我这样特定的某一个人才成立，而是针对每一个人在每一个角落都成立。
物理学家的忧虑
物理学是我们寻找真理的一个基石。如果你沿着其他科学里的解释链追溯，最终会回溯到物理学的解释上。物理学的成功以及它在其他科学基础中所扮演的角色支持着自然主义或物理主义的世界观：所有的现象都有物理解释。
因此，诸如生命力（élan vital）假说和“灵魂假说”之类的非物理概念就失去了严肃讨论的价值。物理并不能指导我们如何生活，也不能帮助我们解决道德窘境，但它给定了我们解决这些非物理问题的相关背景知识。尽管物理学给大多数普通人留下的印象是对纯粹真理的寻找，但物理学家并不是这样认为的。
物理学与哲学
历史告诉我们，物理学家终究还是会回到这些宏大的哲学问题上来，牛顿在解释引力的瞬时相互作用上失败了以后，经过几代人的不懈努力，最终迎来了爱因斯坦的广义相对论。在20世纪60年代，对量子力学的解释也再次回到了物理上，诞生了诸如量子密码学这样具有实际意义的想法，而不仅仅陷于量子力学的哲学争论。
更进一步说，如果物理实验不能支持一些真实的物理理论，那么我们为什么要去做这些实验？这样的立场被称为实在论，它认为诸如原子、质点、时间和空间这样的实体都是真实存在的，理论也是真实的，因为理论反映了现实，尽管并不是很完美。
实在论与其对立面——反实在论在彼此压迫下都得到了发展，两种立场的相互对抗也会不断延续下去。这样的竞争对于物理学是有好处的，反现实主义哲学家恩斯特·马赫启发了爱因斯坦去重新思考如何知道我们所知道的——或我们认为我们所知道的，这为物理所要遵循的一切打下了基础。
现代的物理学家也面临着许多具体和意料之外的知识极限。无论你选择哪种量子力学的解释，量子世界总有些东西超出我们的理解。例如，当你向一面镀上银的镜子发射一个光子，它有可能穿过去，也有可能反射回来，但你没有办法预测一定会是哪一种可能，结果是完全随机的。
粒子是很容易被操控的，这也是为什么量子物理通常都用粒子来描述，但大多数物理学家认为同样的规则也适用于其他的一切事物，甚至是生物。因此，如果光子真的在这个过程中做过选择，那么我们只是不清楚它是在什么时候选择要穿过去还是反射回来的。
对于美国马萨诸塞大学波士顿分校的克里斯托弗·A·福克斯来说，他总结的经验是，观察者是大自然的积极参与者，会帮助大自然构建我们所观察的事物，想要做一个完全旁观的第三者是不可能的。量子理论把主观和客观的要素混在一起了。
美国亚利桑那大学的哲学家理查德·希利有一个“实用主义”的观点：量子理论不是这个世界的一个表示，而是对人与这个世界之间相互交融关系的一种刻画，我们可以用它来判断某个可能发生的事情的概率，就像一个股票交易者是基于市场趋势而不是经济基础来进行买卖那样，这样的股票交易者也可以在对公司毫不知情的情况下买卖股票并且变得富有起来。
相反，如果你真的把量子理论当作这个世界的表示，你就会把它看作一个有许多可能性同时共存的概率理论，这样的多世界或平行宇宙的观点似乎也是宇宙学理论的一个结论：产生我们现在这个宇宙的过程应该也能导致其他宇宙的产生。额外的平行宇宙可能存在于我们看不见的更高维的空间，这些宇宙都是由我们宇宙的变体组成的，并不存在单一明确的现实。即使是那些看似已牢固确立的基础物理也可能变得微妙。
物理学家通常会提到粒子和场：一些物质在空间上形成局域化的微粒以及连续的、像流体一样的场，比如电场或磁场。然而，物理学家的理论同时表明了这样的东西其实并不存在，量子理论和相对论的结合直接将粒子这种概念排除了，在量子场论中没有像传统的粒子这样的局域化概念，观察者看到的粒子数量依赖于粒子本身的运动状态，粒子的数量（比如一束激光内的光子个数）并不是不变的，因此不能作为客观的现实。
整个物理学都有一种奇怪的趋势。当物理学家深入到现实中，却发现更多的现实似乎消失了。弦理论就反应映了这种趋势。在弦论中，所有粒子都是不同的弦振动产生的激发态。但弦到底是什么，从逻辑的角度来看，这种把粒子换成弦的推理就好像是一种“换名游戏”。
一些哲学家的结论是，“事物”这整个范畴都是错误的。根据一种称为结构现实主义的哲学观点来看，关系才是自然的主要组成成分，那些我们视为事物的东西就是关系的中心。
意识与大脑
不仅仅是物理上的难题让物理学家怀疑自己是不是走在正确的道路上。许多人通过所谓的意识难题对意识产生了兴趣。科学方法似乎天生就无法用来描述主观经验，我们的内在精神生活是隐藏的，所以意识是在观测之外的，似乎无法用数学描述去还原。意识给许多物理学家留下的印象就是，它在事物的物理体系内就是不必要的。
不能因为我们的大脑能够成功驾驭这个世界，就认为我们的大脑捕捉到了这个世界的结构。在机器学习中，物理学家发现当他们回避对这个世界的直接表示时，电脑在预测和控制设备上做得比人脑更好。类似地，现实也许和我们大脑或者理论展示给我们的完全不同。
如果有什么东西能让我们恢复掌握真理的信心，那就是我们可以分而治之。尽管“真实”有时候等价于“基本”，但在科学中，描述多个级别的物理现象里的每一级都有一个被视为真实的东西。因此，即使在自然的根源上事物不复存在，我们也有权力去思考日常生活中的事物。
如果我们发现我们的理论扑了个空，那也不是坏事，这提醒我们要保持谦虚。物理学家有时候很自以为是，但他们里面多数有经验和有成就的人通常都会变得很谨慎。他们往往是第一个指出自己想法中存在问题的人，这是为了避免别人替他们指出这些问题的尴尬，没有人说过找出真理是一件很容易的事情。