如今的物理學(xué)基礎(chǔ)研究是一潭死水。一個(gè)又一個(gè)實(shí)驗(yàn)返回的是毫無(wú)意義的結(jié)果：沒(méi)有新的粒子；沒(méi)有新的維度；沒(méi)有新的對(duì)稱性。沒(méi)錯(cuò)，數(shù)據(jù)中可能存在著這樣或那樣的異常，其中有些最終會(huì)成為真正的大新聞。但是，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家們只是在黑暗中摸索。他們不知道新的物理學(xué)會(huì)出現(xiàn)在哪里，而從事理論工作的同事并不能提供多少幫助。
有些人認(rèn)為這是一場(chǎng)危機(jī)。但我不認(rèn)為“危機(jī)”并不能很好地描述當(dāng)前的形勢(shì)：“危機(jī)”這個(gè)詞太樂(lè)觀了。這個(gè)詞給人的印象是，理論物理學(xué)家們意識(shí)到了他們的方法錯(cuò)誤，并開(kāi)始嘗試改變；換句話說(shuō)，他們正在覺(jué)醒，并將放棄有缺陷的方法。然而，我沒(méi)有看到任何覺(jué)醒。這一學(xué)術(shù)共同體的自我反思微不足道，甚至可以說(shuō)完全沒(méi)有。他們做的是40年來(lái)一直在做的事情，喋喋不休地講述自然性和多重宇宙，然后（再一次）將他們的“預(yù)測(cè)”轉(zhuǎn)移到下一個(gè)更大的粒子對(duì)撞機(jī)上。
我認(rèn)為“停滯”這個(gè)詞能更好地描述這一狀態(tài)。讓我明確一點(diǎn)，關(guān)于這種停滯，問(wèn)題不在于實(shí)驗(yàn)，而是在于理論物理學(xué)家的大量錯(cuò)誤預(yù)測(cè)。問(wèn)題也不是我們?nèi)鄙贁?shù)據(jù)。我們擁有大量數(shù)據(jù)。但是，已有的理論——粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型和“和諧宇宙模型”（cosmological concordance model）——已經(jīng)對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行了很好的解釋。不過(guò)，我們知道情況并非如此。現(xiàn)有理論是不完整的。
之所以這么說(shuō)有兩個(gè)原因。首先，我們知道暗物質(zhì)只是用來(lái)描述某種我們不理解的東西的臨時(shí)名；其次，粒子物理學(xué)的數(shù)學(xué)公式與我們用來(lái)研究引力時(shí)用的數(shù)學(xué)并不兼容。早在20世紀(jì)30年代，物理學(xué)家就知道了這兩個(gè)問(wèn)題。直到20世紀(jì)70年代，他們?nèi)〉昧撕艽蟮倪M(jìn)展，但自此之后，物理學(xué)基礎(chǔ)理論的發(fā)展就停滯了。如果實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了什么新東西，那并不是因?yàn)橛谐汕先f(wàn)的錯(cuò)誤預(yù)測(cè)，而只能說(shuō)是“盡管”有這些錯(cuò)誤預(yù)測(cè)，仍然取得了進(jìn)展。
成千上萬(wàn)的錯(cuò)誤預(yù)測(cè)聽(tīng)起來(lái)很驚人，但其實(shí)還是低估了。我只是總結(jié)了對(duì)物理學(xué)的預(yù)測(cè)，這些預(yù)測(cè)超出了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）應(yīng)該發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)模型：所有具有多種形狀和構(gòu)造的額外維度、所有的對(duì)稱群，以及所有名稱很花哨的新粒子。你可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)論文，或者統(tǒng)計(jì)在該領(lǐng)域工作的人數(shù)和他們的平均產(chǎn)出來(lái)估計(jì)這些預(yù)測(cè)的數(shù)量。
他們都錯(cuò)了。即使在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)尚未獲得的數(shù)據(jù)中能發(fā)現(xiàn)某些新的東西，我們也已經(jīng)知道，理論物理學(xué)家的猜想并不成立。一個(gè)都沒(méi)有。他們還需要多少證據(jù)才能證實(shí)他們的方法不能成功呢？
這一缺乏進(jìn)展的漫長(zhǎng)階段是前所未有的。沒(méi)錯(cuò)，從古希臘哲學(xué)家德謨克利特首次提出原子的猜想，到它們真正被探測(cè)到，花了大約兩千年時(shí)間。然而，這是因?yàn)樵谶@兩千年時(shí)間里，人們除了思考物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)之外，還有許多其他事情要做，比如建造更加牢固的房屋。因此，援引年代學(xué)時(shí)間是沒(méi)有意義的。我們更應(yīng)該看看物理學(xué)家實(shí)際的工作時(shí)間。
對(duì)此，我也可以為你列出一些數(shù)字。是的，我愛(ài)數(shù)字，它們是如此的真實(shí)。
根據(jù)美國(guó)物理學(xué)會(huì)和德國(guó)物理學(xué)會(huì)的會(huì)員數(shù)據(jù)，在1900到2000間，物理學(xué)家的總數(shù)增加了大約100倍。這些物理學(xué)家中絕大多數(shù)都不是從事基礎(chǔ)物理學(xué)的工作，但就出版活動(dòng)而言，物理學(xué)的各個(gè)子領(lǐng)域都以大致相當(dāng)?shù)乃俣仍鲩L(zhǎng)。而且，（撇開(kāi)第二次世界大戰(zhàn)前后的變動(dòng)）出版物的數(shù)量和作者的數(shù)量基本上都呈指數(shù)性增加。
現(xiàn)在，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，讓我們假設(shè)今天物理學(xué)家每周工作的時(shí)間和100年前的物理學(xué)家一樣長(zhǎng)——考慮到增長(zhǎng)是指數(shù)級(jí)的，細(xì)節(jié)并不重要。然后我們可以問(wèn)：如果從今天開(kāi)始算，多長(zhǎng)時(shí)間的工作量能相當(dāng)于100年前開(kāi)始的40年的工作量？好好猜一下！
答案是大約14個(gè)月。只按工作時(shí)間來(lái)看，今天物理學(xué)家應(yīng)當(dāng)能在14個(gè)月里完成一個(gè)世紀(jì)前需要花40年才能做到的事情。
當(dāng)然，你可以質(zhì)疑這種“進(jìn)步”不能如此簡(jiǎn)單地?cái)U(kuò)展，因?yàn)楸M管大家都在談?wù)摷w智慧，但研究畢竟都是個(gè)人完成的。這意味著，僅僅雇傭更多的人，并不能任意減少研究時(shí)間。個(gè)人也需要時(shí)間來(lái)交流和理解彼此的見(jiàn)解。另一方面，我們已經(jīng)大大提高了信息傳輸?shù)乃俣群捅憷?，我們現(xiàn)在還利用計(jì)算機(jī)幫助思考。無(wú)論如何，如果你想爭(zhēng)辯說(shuō)雇傭更多的人并不能有助于進(jìn)步，那為什么還要雇傭他們呢？
所以，不，我對(duì)這一估計(jì)并不認(rèn)真，但它解釋了為什么許多人不知道目前這種前所未有的停滯現(xiàn)狀。今天我們對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)的投資比以往任何時(shí)候都多，但沒(méi)有產(chǎn)出任何東西。這是個(gè)問(wèn)題，而且是一個(gè)我們應(yīng)該談?wù)摰膯?wèn)題。
最近有人跟我說(shuō)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)分析大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的數(shù)據(jù)標(biāo)志著科學(xué)共同體正在反思。但事實(shí)并非如此。首先，粒子物理學(xué)家運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)工具來(lái)分析數(shù)據(jù)已經(jīng)有至少30年時(shí)間。他們現(xiàn)在用得更多，是因?yàn)楦菀子茫驗(yàn)樗腥硕荚谟?，還因?yàn)椤蹲匀?新聞》對(duì)此作了報(bào)道。因此，不，粒子物理學(xué)中的機(jī)器學(xué)習(xí)并不意味著反思。
另一個(gè)我必須經(jīng)常忍受的評(píng)論（而非問(wèn)題）是，我只是在抱怨，但對(duì)物理學(xué)家應(yīng)該做什么沒(méi)有任何更好的建議。
首先，這是一個(gè)愚蠢的批評(píng)，它讓你更關(guān)注批評(píng)者而不是被批評(píng)者。假設(shè)我不是在批評(píng)一群物理學(xué)家，而是一群建筑師。如果我告訴公眾，這些建筑師花了40年時(shí)間建造的房屋都倒塌了，那么，為什么是我來(lái)負(fù)責(zé)想出更好的房屋建造方法呢？
其次，這一批評(píng)是錯(cuò)的。我已經(jīng)多次非常清楚地指出，理論物理學(xué)家應(yīng)該做出什么改變。只是他們并不喜歡我的答案。他們應(yīng)該停止嘗試解決不存在的問(wèn)題。一個(gè)理論不漂亮并不是問(wèn)題。我所說(shuō)的，是應(yīng)該專注于數(shù)學(xué)上定義明確的問(wèn)題。而且，看在老天份上，不要因?yàn)榭茖W(xué)家忙于同事間流行的工作而獎(jiǎng)勵(lì)他們了。
我的這一建議并非沒(méi)有根據(jù)。如果你審視物理學(xué)的歷史，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這門(mén)學(xué)科致力于解決能夠帶來(lái)突破的數(shù)學(xué)難題?？纯纯茖W(xué)的社會(huì)學(xué)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)糟糕的激勵(lì)手段會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的低效率；你再看看科學(xué)的心理學(xué)，就知道沒(méi)有人喜歡改變。
開(kāi)發(fā)新的方法比發(fā)明數(shù)十種新粒子難得多，這也是他們不喜歡我的結(jié)論的原因。任何改變都會(huì)減少論文產(chǎn)出，而他們不希望這樣。這種阻力并不是來(lái)自制度壓力，而是科學(xué)家自己不愿意挪動(dòng)屁股。
也許你會(huì)問(wèn)，他們還能堅(jiān)持多久？他們的理論“傳說(shuō)”還能持續(xù)存在多久？我覺(jué)得，恐怕沒(méi)有什么能夠阻止他們了。他們互相評(píng)審論文，互相評(píng)審基金申請(qǐng)，并且不斷告訴彼此他們做的是好科學(xué)。他們?yōu)槭裁匆Ｏ聛?lái)？對(duì)他們來(lái)說(shuō)，一切都很順利。他們舉辦會(huì)議，發(fā)表論文，討論偉大的新想法。從內(nèi)部來(lái)看，一切如常，只是沒(méi)有什么有價(jià)值的結(jié)果出來(lái)。
這不是一個(gè)會(huì)自行消失的問(wèn)題。
作者簡(jiǎn)介：薩拜因·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）是德國(guó)法蘭克福高等研究所的理論物理學(xué)家，研究領(lǐng)域涉及標(biāo)準(zhǔn)模型、量子引力現(xiàn)象和廣義相對(duì)論的改進(jìn)。如果你想了解更多物理學(xué)研究中存在的問(wèn)題，可以閱讀她的著作《在數(shù)學(xué)中迷失：美如何使物理學(xué)誤入歧途》（Lost in Math：How Beauty Leads Physics Astray）。
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