湖畔遐思：宇宙和现实世界

    毫不夸张地说，温伯格无愧于诺贝尔奖的评语：一位真正的智者、卓越的理论物理学家。 

     ——理查德·道金斯（Richard Dawkins） 

    这本精彩的文集出自一位非凡的物理学家。温伯格是一位深刻的思想家和优雅的作家。 

    ——肯·福特（Ken Ford）《量子世界：写给所有人的量子物理》的作者 

    史蒂文·温伯格是我们与大众沟通交流中的一个典范。有关科学或科学与社会方面的事情，温伯格写的东西极具智慧，无人能及。读者们会发现这本卓越的文集非常迷人，启迪思维。 

    ——劳伦斯·M.克劳斯（Lawrence M.Krauss）亚利桑那州立大学客座教授，溯源（Origins）计划负责人，《星际迷航中的物理》和《镜中隐像：额外维的神秘诱惑，从柏拉图到弦论》的作者 

    这是一部伟大的散文集。史蒂文·温伯格是当代最伟大的物理学家之一。在更广泛的意义上讲，他是一名优秀的学者；此外，文笔也很好。 

    ——约翰·S.瑞登（John S.Rigden） 《爱因斯坦1905》的作者

　　史蒂文·温伯格（StevenWeinberg)，美国得克萨斯大学奥斯汀分校物理和天文学系教员、JoseyRegental科学教授。温伯格教授1979年获诺贝尔物理学奖，1991年获美国国家科学奖章。

译者前言 i
前言 111
1 等待终极理论 1
2 科学可以解释每件事甚至任何事情吗？ 4
3 科学大战最终实现和平 17
4 科学及宇宙的未来 20
5 暗能量 33
6 那些伟大的方程是如何留存下来的 37
7 关于导弹防御 42
8 正在增长的核危险 56
9 宇宙是一部计算机吗？ 66
10 “《白然》百年”的序言 77
11 漫步启示录 79
12 荣誉的价值？ 84
13 四条金训 99
14 错误的事情 102
15 转折点？ 113
16 关于奥本海默 1 16
17 爱因斯坦对统一的追寻 121
18 爱因斯坦的错误 126
19 生活在多元宇宙中 133
20 反抵制 139
21 极端确信 143
22 寄语博士后 149
23 是科学还是太空人 152
24 以色列和白由主义者 155
25 没有上帝 158
参考资料 172

1等待终极理论
20世纪的结束促使杂志和报纸沉溺于对未来的大量猜测。作为这种先知远见努力的一部分，《时代》（Time）杂志邀请我评估在理解自然界基本规律的道路上我们还必须走多远。我的答案是：相当远。这篇短文于2000年4月在《时代》杂志上发表。
20世纪堪称是一个物理学家的世纪。到20世纪70年代，我们手头已经有了所谓的标准模型，这是一个精确描写我们在实验室里观测到的那些力和粒子的理论，它提供了在物理科学中几乎一切东西的认识基础。
不，事实上我们不可能理解每一个事物——有很多东西，从海洋中的湍流到蛋白质分子的折叠，如果在我们的计算方法中没有新的深刻见解和根本改进，我们不可能理解它们。它们将给理论家和实验家在可预见的未来提供大量令人感兴趣和可持续的职业，但是，要理解这些现象并不需要新的独立的科学原理。标准模型提供了我们为此所需要的一切基本原理①。
尽管还有一种力——引力，没有被标准模型所涵盖。爱因斯坦的广义相对论给出了通常距离下的引力很好的解释，而如果我们愿意，我们可以把它添加到标准模型中。但是当我们试图将它应用于距离非常小——比最强大的粒子加速器能够探测到的距离的一亿亿分之一还要小～—的粒子时，严重的数学不白洽性就出现了。
然而，即使不说描写引力的问题，标准模型以现在的形式，也有着太多的任意性特征。它的方程包含太多的白然常数——诸如基本粒子的质量和电荷基本单位的强度等——它们都被赋予了一些特定的、仅仅是为了让它们似乎有效的数值。在写下这些方程时，物理学家们只不过插人了一些只要能使理论预言符合实验结果的数值。
有理由相信，这两个问题实际上是同一个问题。这就是说，我们认为，当我们学会了如何建立一个数学上白洽的、既控制引力又控制已经由标准模型描写的那些力的理论时，所有那些似乎任意的性质都将被证明正该如此，因为这是使理论能够在数学上白洽的唯一方式。一条应当是正确的线索是这样的一种计算：它证明，尽管在我们的实验室里测量时各种力的强度似乎非常不同，但假如它们可以在一个微小的距离——彼此靠近到上述的不白洽性开始显现的距离——测量的话，所有这些力的强度都会是相等的。
理论家们甚至曾经确认了一个能将引力与其他各种力白洽统一的候选者：超弦理论。该理论的某些版本曾经建议，对于我们似乎是粒子的那些东西都是存在于十维时空的弦形成的圈或线。但是我们还没有理解该理论的所有原理，而且，即使我们理解了，我们也不会知道怎样应用这个理论做I出可以在实验室中进行检验的预言。
这样的一种理解可能在明天就会由一些聪明的研究生做到，也可能还要再花上另一个世纪左右。很可能这种理解从某种新的基本物理原理出发做一些纯数学推导就可以实现，而这些新的基本物理原理只不过是某人碰巧发现的，但是更有可能需要一坚新的实验发现触发灵感。
我们希望能够通过测量是今天实验室中所能探测的尺度的一亿亿分之一的尺度上发生的事件来判断一种新的基本理论的正确性，但或许这是永远不可能做到的。借助我们现在可以想象得到的任何一种技术，像这样的一些测量会用掉比全人类的经济资源还要多的资源。即使不依靠新的实验，或许根据是否能解释标准模型所显现的各种性质，也能评判一个终极理论。但是，解释太多了。我们不会满意于这样的一种理论：它以一种类似于开普勒( Kepler)以前的天文学家通过一环套一环来解释行星运动轨迹的方式，用某种复杂而且任意的东西来解释标准模型。
要想使解释合格的话，该基本理论必须是简单的——不一定只是几个简短的方程式，但是这些方程都必须基于一个简单的物理原理，就像广义相对论的方程基于引力是一种时空弯曲效应的原理建立起来一样。而且这一理论还必须是令人信服的——它必须给我们这样一种感觉：它几乎跟现在没有什么不同。
当我们最终有了一种简单的、令人信服的，而且在数学上白洽的引力与其他力的理论，它们解释了标准模型的任何明显特征时，我敢说这个理论将真的是一种终极理论。我们对于自然的描述变得越来越简单。越来越少的基本原理用于解释越未越多的东西。但是简单性不可能无限增长。看来很可能我们所选定的下一代主要理论将是如此之简单，以于不会有任何进一步简化的可能性。
然而，一种终极理论的发现不会帮助我们治愈癌症或理解意识。们或许已经知道了我们所需要的、适合这些任务的所有基础物理。终理论似乎有一个有极大影响的科学分支是宇宙学。我们对标准模型有分的信心，它能向回追踪宇宙目前的膨胀到它的假定起点之后的十亿之一秒。但是，当我们试图理解比那更早的时间发生了什么时，将遇这个模型的局限性，特别是它关于极短距离引力行为知识的空白。
这种终极理论将促使我们回答宇宙学的一些最深刻的问题：目前宇宙膨胀有起点吗？什么决定了这个起点的条件？我们所称呼的字目即在所有方向蔓延几百万光年的辐射与物质，真的就是存在的一切？是它仅仅是一个大得多的“多宇宙”的一部分，我们所看到的膨胀是在其中的一个局域的插曲呢？
终极理论的发现还有一种文化影响，堪比现代科学诞生时人们所得的感受。据说，17世纪和18世纪科学精神的扩散曾是终止焚烧女等事件中的一件。知道了宇宙如何被终极理论的客观原理所控制，不能终结人类持久延续下来的迷信，但至少它留给这些迷信很少的活空间。
自2000年以来，超弦理论也好，多宇宙想法也好，郁没能取得会确立它们在科学中永久地位的那类成功，但是在某种意义上它们殊途同归。在2001年人们『由加利福尼亚大学圣巴巴拉分校( University of California at Santa Barbara)的史蒂文?吉丁斯( Steven Giddings)、沙米特?卡赫鲁(Shamit Kachru)和约瑟夫?波尔钦斯基( Joseph Polchinski)]发现超弦理论的方程具有大量的解。斯坦福( Stanford)大学的伦纳德?萨斯坎德( Leonard Susskind)对于解的这种多重性杜撰了一个术语，叫“弦景观”，这类似于理论生物化学中发现的蛋白质分子可能取向的景观。按照斯坦福大学的安德烈?林德( AndreiLinde)早些时候关于混沌暴涨的想法，这些解中的每一个都可能描写一个不同类型的大爆炸宇宙学（它是本文集中的第9篇文章的主题）。弦景观以及宇宙学含义的探索是一个艰巨的任务，只不过刚刚起步。事实上，在理解自然的基本规律的道路上，2009年与2000年相比，我们仍然必须走甚至更远的距离。
2 科学可以解释每件事甚至任何事情吗？
这篇散文是根据2000年10月我在阿默斯特学院( AmherstCollege)的一篇演讲写成的，这是我的一次偶然和不情愿的涉足科学哲学的冒险。在写作哲学有关文章时，我总感觉缺乏自信，因为有那么多聪明人全身心地投入其中。尽管如此，在我看来，科学哲学家的任务不是告诉科学家如何工作，而是描述科学家在他们的工作中正在做些什么，所以，不时地听到一位正在打拼的科学家认为他或她正在做的是些什么，对于哲学家们或许是有用的。但是当阿默斯特学院的哲学家们邀请我做一次关于科学中解释的意义的演讲时，我还有另外一个理由接受了它：我住在得克萨斯，而且喜欢这里，但的确我有时会错过新英格兰( New England)的秋天，那里曾是我生活过的地方。
这次旅行并没有让我失望。在从波士顿( Boston)到阿默斯特的路上，我驱车穿过大片的枫树和橡树林，它们的红色和黄色的树叶在10月的灿烂阳光照耀下闪闪发亮。我认为驾车带给我的乐趣远胜过因阿默斯特的听众或许会欣赏我的演讲所得到的乐趣。这篇文章曾经发表于2001年5月的《纽约书评》上，2002年重新发表在《最佳美国科学著作》（The Best American，Scien，ce Writting]上。
几年前的一天晚上，我和得克萨斯大学的几位教员给一群大学生讲述我们各白学科的工作。我概述了物理学家在解释有关基本粒子和场的实验现象方面所取得的巨大成就——当我还是一个学生时，我们如何不得不学习大量关于基本粒子、力和对称性的杂七杂八的知识；在从20世纪60年代中期到70年代中期的10年间，所有这些零零碎碎的知识如何用现在所谓的基本粒子标准模型给I了解释：我们如何学会了将粒子和力的这些繁杂的事实从几个相当简单的原理出发用数学推导出来：啊哈！之后一个伟大的集体怎样由物理学界产生出来了！
我讲过之后，一位也是教员的同事（一位科学家，但不是一位粒子物理学家）评论道：“嗯，当然，你知道科学并不真正地解释事情——它只是描述它们。”以前我曾听到过这种评论，现在却使我大吃一惊，因为我曾经认为，我们一直在做一些相当好的解释观测到的基本粒子和力的性质而不只是描述它们的工作。
我认为，我的同事的评论可能源白第二次世界大战时期科学哲学家中广泛存在的一种实证主义的焦虑。路德维希?维特根斯坦( LudwigWittgenstein)的著名评论中说道：“所谓的自然规律都是白然现象的解释的这一错误观念，是在整个现代世界观的基础上建立起来的。”
人们或许会认为，当我们找到一件事情的原因时，它就得到了解释。但是，伯特兰?罗素( Bertrand Russell)①在他1913年的一篇有广泛影响的文章中论证道：“由于‘原因’一词与一些歧义性关联密不可分，它已被完全排挤出了人们认可的哲学词汇范围。”这使得哲学家们像维特根斯坦一样，在解释和描述之间只保留唯一的一个候选者，即符合目的论的那个，把解释定义为是对要解的事务的用意的陈述。
福斯特(E．M．Forster)的个说《天使不敢涉足的地方》（WhereAn，gel.s Fear to Tread）给出了一个通过目的论区分描述与解释的好例子。菲利普试图找出，为什么他的朋友克洛琳促成了菲利普的妹妹与遭到菲利普一家人反对的一位意大利年轻人的婚姻。在克洛琳转述了她与菲利普的妹妹的全部交谈内容之后，菲利普说：“你跟我所说的只是一种描述，而不是一种解释。”人们都知道菲利普这样说意味着什么——在问及一种解释时，他想要知道克洛琳的目的。在白然规律中显示不出任何目的，而且也不知道任何区分描述与解释的方法。维特根斯坦和我的朋友们得出了这样的结论：这些规律不可能被解释。或许说科学描述而不是解释的人中有一些人还想着把科学与神学作不合时宜的对比，他们设想神学通过引用某种神圣的目的解释事物，而科学拒绝这样做。
在我看来，这种推理模式不仅在实质上而且在程序上都是错误的。决定一些字词具有不同于通常使用的意义，不属于哲学家的T作。与其论证当科学家们像通常所做的那样说他们的T作都是在解释事情时，他们都是不正确的，那些关心科学中解释的意义的哲学家们不如去尝试一下，理解科学家们谈论他们正在解释某件事时，到底正在做些什么。假如一定要我给出物理学申解释的一个先验定义的话，我会说：“物理学中的解释是当物理学家们说‘啊哈！’时，他们一直在做的事。”而一个先验定义（包括这个定义）是没什么用处的。
据我所知，至少从第二次世界大战以来，科学哲学家们已经清楚地理解了这一点。彼得?阿钦斯坦( PeterAchinstein)、卡尔?亨佩尔( Carl Hempel)、菲利普?基切尔(Philip Kitcher)和卫斯理?萨蒙( Wesley Salmon)等这类哲学家，撰写了大量关于解释的本质方面的现代文献。通过读这些文献，我知道有关这一点，他们现在做得很对——他们正在通过查看，当科学家说他们正在解释某事时他们实际上正在做什么，来尝试获得对于这样的问题的答案：“当科学家解释某件事时，他们在做什么？”
做纯粹而不是应用研究的科学家们通常告诉公众和基金会，他们的使命就是解释一些事情；所以对于他们和对于哲学家们一样，澄清解释实质的任务可能都是极其重要的。在我看来，这个任务在物理学（及化学）方面，比其他学科要容易一点，因为科学哲学家有“对一个事件作出解释有什么意义？”这样的问题所带来的困扰（注：维特根斯坦称之为“自然现象”），而物理学家感兴趣的是规律，即物理原理，而不是对个别事件的解释。
生物学家、气象学家、历史学家等关心个别事件的原因，诸如恐龙的灭绝、1888年酌暴雪、法国大革命等，而一个物理学家仅仅对像1897年贝克勒尔( Becquerel)放在一块铀盐