了解我们世界本质的一个自然而然的方法,是找到组成所有物质的基本构件。了解了这些基本构件的性质,就了解了它们所组成物质的性质。几百年来,科学的很大一部分,就是在寻找这些基本构件,也就是所谓的基本粒子。
但上面这一了解世界的还原论的思路,有一个隐含的假设,那就是空间是绝对的。物质都是放在空间里的一些东西,它们总是可分的。但引力波的发现说明空间并不绝对。它就像一块材料一样,也能敲响(虽然这需要用黑洞去敲),也能形变和扭曲。如果空间真是一块材料,空间里的物质又是什么,基本粒子又是什么。所以这种对空间的新看法,会对我们了解世界的思路有深刻的影响,导出一个完全不同的思路——演生的思路。
这篇文章深入浅出地介绍了这两种思路,反映了近代科学探索宇宙的完全不同的想法和路线。对物质世界基本组成与基本规律的追求贯穿现代自然科学史,逐步确立了还原论的思想方法。但是,仅从这些基本规律出发即可演绎出整个宇宙的信条受到了凝聚态物理学中逐渐揭示的演生论的质疑与挑战。演生论认为,物质世界依复杂性划分为不同的层次。
每一层次在低能标下由于有序态的形成使高能自由度冻结,其性质可由少量自由度的低能激发及其有效理论完全刻画。因此,每一层次可以演生出全新的“基本”规律,形成物质世界的层次结构。
人类一直尝试以不同方式认识和理解我们所面对的物质世界。从这些尝试中生长出哲学与自然科学两种思维方式。前者侧重思辨的、定性的讨论;而后者则更加注重实证的、定量的分析。
近代以来,自然科学研究中的问题与结论往往经过哲学的反思,最终深刻影响了大众的思维方式。现代物理学的研究主流可以概括为探索物质的基本组成与运动的基本规律。综合大量的研究成果,人们逐渐确立了对物质世界“还原论”的认识,并进而上升到对整个物质世界“构造式”的理解,即相信从最终可以认识的物质“原子”的运动规律出发,通过逻辑与数学的演绎即可理解整个物质世界的运动。
然而,这种构造论从上世纪70年代起不断受到质疑与挑战,这与物理学本身,特别是凝聚态物理学的发展密不可分。经过长期的研究与阐释,人们逐渐形成了对物质世界“演生论”与层次结构的认识。在本文中,我们将介绍“演生论”的基本观点,并尝试提出所谓“终极理论”的问题。