一場有關上帝的賭局

苗千

科學史往往被認為充滿了乏味的論文、人名和數字，除了專業人士之外很少有人關注，但一些改變人類歷史進程的段落卻被廣泛地傳播、演繹，乃至最終被改編得有如武俠小說般充滿刀光劍影。將近90年前舉辦的第五屆索爾維會議上最著名的論戰來自愛因斯坦與尼爾斯·玻爾。反對量子力學的愛因斯坦留下一句名言：“上帝不會擲骰子。”而玻爾則針鋒相對：“愛因斯坦，不要告訴上帝該怎么做。”兩位大師見招拆招，刀光劍影，確實有著武俠小說般的節奏感。

當年的物理學大師們可能不會想到，在幾十年之后，陷在困境之內的物理學家們仍然在苦苦猜測著上帝這個造物主的做法。一些物理學家認為可以通過數學的美感了解到宇宙最深的奧秘，另一些物理學家則持相反的意見。這些世界上最具智慧的人們最終決定解決這個矛盾的方法是開設一個賭局。

2014年7月4日，歐洲核子研究中心在瑞士日內瓦發布粒子物理探測器——緊湊型繆子螺線管探測器探測到的質子碰撞軌跡圖

丹麥時間2016年8月22日13點30分，一群世界知名的物理學家聚集在玻爾的故鄉哥本哈根，了結一場在2000年定下的賭局。在21世紀剛開始時，歐洲核子中心開始建造大型重子對撞機（LHC），這為理論物理學家們帶來了希望，人們希望這個開始建造的龐然大物能夠發現各種理論假說預測存在的粒子。除了標準模型中至關重要的希格斯玻色子之外，人們最關注的就是能否發現“超對稱”（SUSY）理論預測的“超粒子”。有20位物理學家認為，大型重子對撞機在10年之內至少能夠發現一種超粒子，而另有24位物理學家則認為不會發現。因為大型重子對撞機建造過程的延遲和故障，賭局在2011年又被延遲了5年，然而直至今日，仍然沒有任何超粒子現身，這場持續了16年的賭局終于有了結果。

在哥本哈根，來自普林斯頓高等研究院的理論物理學家尼馬·阿爾卡尼-哈米德（Nima Arkani-Hamed）充當仲裁人（他相信超對稱理論，也參與了這場賭局），20位輸掉賭局的物理學家為贏家們奉上價格不菲的白蘭地。理論物理學家史蒂芬·霍金并沒有參加這場對賭，但是他也作為觀眾出現在了哥本哈根。之后，霍金發表了一個聲明，認為超對稱理論很可能存在錯誤，他說：“如果超對稱理論成立的話，那么超粒子應該已經被發現了。”但是另一方，輸掉白蘭地的物理學家們并不服。阿爾卡尼-哈米德就表示，無論如何都不會放棄這個理論。

這場物理學家們的聚會，揭示了物理學目前存在的一個重大危機，或者也可以說，當年愛因斯坦與玻爾之間的辯論以另外的一種形式延續至今。時至今日，人們仍然要問：上帝到底是不是在擲骰子？上帝到底有多少骰子？

人類探索自然的根本動機并非從來都一成不變。牛頓是一名虔誠的基督徒，他探索物理學的目的是為了理解上帝創造這個世界時的構想。因此在他的力學體系中，也是以一個上帝創造的完美的靜態宇宙作為背景。時至20世紀，作為無神論者的愛因斯坦并不相信有一位人格化的造物主，他相信隱藏在紛繁表象之下的自然規律是美與和諧的，也可以說，這個宇宙是“自然”（natural）的。對于“美”和“自然性”（naturalness）的追求，就是愛因斯坦時代的科學家們探索物理學的最根本原因，也是最重要的手段——物理學家們相信，宇宙中的規律應該是相互統一、自洽的，而一些宇宙常數的數值理應從所發現的自然規律中浮現出來。

對于美和自然性的追求，作為探索物理學最根本的動機和最重要的指導思想，在21世紀正在受到挑戰，而超對稱理論的失敗，也可能正在加重這種危機。物理學家們開始懷疑，宇宙中的規律真的是“美”的嗎？這些宇宙常數究竟從何而來？為什么這些看似隨意分配的宇宙常數恰好可以允許生命的存在？我們所生活的宇宙，各種數值究竟是被精細地調整過，還是我們恰好生活在無數宇宙之中（允許生命存在）的一個？

希格斯玻色子的發現給物理學家們帶來了迷惑，這個基本粒子的質量與物理學家們此前的預測有極大的差異。物理學家們希望希格斯玻色子的質量是“自然”的，但實際上希格斯玻色子的質量與科學家們此前的理論計算完全不符——這個質量從何而來，難道真的只是上帝隨意擲出的“骰子”？粒子物理學家們曾經希望大型重子對撞機可以相繼發現一群超對稱理論預測的超粒子，以此來解釋希格斯玻色子的質量問題，但現在看來希望并不大。

與之相似的，宇宙物理學家們也無法理解“宇宙常數”（cosmic constant）如此微妙的數值。宇宙常數描述的是令宇宙加速膨脹的暗能量，人類對它測量的數值與理論計算的數值相差不止千百倍，可正是這樣的宇宙常數保證了一個可以允許生命出現的宇宙存在——數值過低會導致宇宙坍塌，過高又會使一切物質快速地飛散，無法形成星系。

21世紀的物理學家們面對著一個又一個的新發現（或是沒有發現），無法感受到宇宙規律的和諧和自洽，一個問題開始浮現出來：我們所生活的宇宙，究竟是被精心設計過，還是只是近乎無窮多的宇宙中的一個？在這樣的氛圍中，多重宇宙（multiverse）假說開始被越來越多的物理學家所接受。這種假說認為，存在著近乎無限多的宇宙形態，不同的宇宙中有著不同的各種常數，而在其中極少見的情況下，才會形成穩定的、允許生命存在的環境，因此生命存在于這樣的宇宙中也就不足為奇，因為人類只能存在于這樣的環境中。但是另一方面，如果相信多重宇宙假說，也就說明人類對于一些宇宙規律和宇宙常數的探索毫無意義（因為只能是這樣），而且因為多重宇宙假說可能無從驗證，這難免會演化為21世紀的另一種宗教。

物理學家們是否像當年拋棄神創論一樣，急于拋棄對于自然規律的“美與和諧”的信念，而為探索自然加上某種底線？對于一些理論物理學家來說，這種選擇或許是唯一符合邏輯的做法。回顧過去幾十年，物理學家們急于統一量子力學和相對論，得出一種可以描述一切的大統一理論，卻又屢次失敗，如今物理學的危機，或許只是一次對于人類信心的考驗——或許人類還遠沒有理解這個宇宙，又過于急躁。對于人類來說，宇宙的美與自然性的回歸，或許就會源于某一次的意外發現。

（本文寫作參考了《Quanta Magazine》的報道）