作者簡介：薩拜因·霍森菲爾德（Sabine Hossenfelder）是德國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)象和廣義相對論的改進(jìn)。如果你想了解更多物理學(xué)研究中存在的問題，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）。

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)返回的是毫無意義的結(jié)果：沒有新的粒子；沒有新的維度；沒有新的對稱性。沒錯(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：“危機(jī)”這個(gè)詞太樂觀了。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，并開始嘗試改變；換句話說，他們正在覺醒，并將放棄有缺陷的方法。然而，我沒有看到任何覺醒。這一學(xué)術(shù)共同體的自我反思微不足道，甚至可以說完全沒有。他們做的是40年來一直在做的事情，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”轉(zhuǎn)移到下一個(gè)更大的粒子對撞機(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。問題也不是我們?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)對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行了很好的解釋。不過，我們知道情況并非如此。現(xiàn)有理論是不完整的。

之所以這么說有兩個(gè)原因。首先，我們知道暗物質(zhì)只是用來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的錯(cuò)誤預(yù)測，而只能說是“盡管”有這些錯(cuò)誤預(yù)測，仍然取得了進(jìn)展。

成千上萬的錯(cuò)誤預(yù)測聽起來很驚人，但其實(shí)還是低估了。我只是總結(jié)了對物理學(xué)的預(yù)測，這些預(yù)測超出了大型強(qiáng)子對撞機(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、所有的對稱群，以及所有名稱很花哨的新粒子。你可以通過統(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)出來估計(jì)這些預(yù)測的數(shù)量。

他們都錯(cuò)了。即使在大型強(qiáng)子對撞機(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)展的漫長階段是前所未有的。沒錯(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。

對此，我也可以為你列出一些數(shù)字。是的，我愛數(shù)字，它們是如此的真實(shí)。

根據(jù)美國物理學(xué)會(huì)和德國物理學(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。而且，（撇開第二次世界大戰(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，為了簡單起見，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——考慮到增長是指數(shù)級(jí)的，細(xì)節(jié)并不重要。然后我們可以問：如果從今天開始算，多長時(shí)間的工作量能相當(dāng)于100年前開始的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)間來交流和理解彼此的見解。另一方面，我們已經(jīng)大大提高了信息傳輸?shù)乃俣群捅憷裕覀儸F(xiàn)在還利用計(jì)算機(jī)幫助思考。無論如何，如果你想爭辯說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。今天我們對基礎(chǔ)物理學(xué)的投資比以往任何時(shí)候都多，但沒有產(chǎn)出任何東西。這是個(gè)問題，而且是一個(gè)我們應(yīng)該談?wù)摰膯栴}。

最近有人跟我說，利用機(jī)器學(xué)習(xí)來分析大型強(qiáng)子對撞機(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腥硕荚谟茫€因?yàn)椤蹲匀?新聞》對此作了報(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（而非問題）是，我只是在抱怨，但對物理學(xué)家應(yīng)該做什么沒有任何更好的建議。

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題。一個(gè)理論不漂亮并不是問題。我所說的，是應(yīng)該專注于數(shù)學(xué)上定義明確的問題。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)這門學(xué)科致力于解決能夠帶來突破的數(shù)學(xué)難題。看看科學(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)，就知道沒有人喜歡改變。

開發(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，他們還能堅(jiān)持多久？他們的理論“傳說”還能持續(xù)存在多久？我覺得，恐怕沒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，并且不斷告訴彼此他們做的是好科學(xué)。他們?yōu)槭裁匆Ｏ聛恚繉λ麄儊碚f，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)部來看，一切如常，只是沒有什么有價(jià)值的結(jié)果出來。

這不是一個(gè)會(huì)自行消失的問題。

有趣的是，《紐約時(shí)報(bào)》在1986年就刊出過文章指出：在物理學(xué)界存在揮之不去的懷疑，認(rèn)為物理學(xué)可能即將滅亡。（以下為其文章內(nèi)容）

正如耶魯大學(xué)物理學(xué)家Alan Chodos在《美國科學(xué)家》一書中所寫，一個(gè)根本的危險(xiǎn)在于，檢驗(yàn)物理學(xué)新理論所必需的實(shí)驗(yàn)，很快將超出人類的能力。Chodos博士認(rèn)為，由于無法進(jìn)行需要與大爆炸起源事件相媲美的能量的實(shí)驗(yàn)，越來越多的物理學(xué)家將傾向于接受宏大但無法驗(yàn)證的理論，而這種事件不止一次地將科學(xué)引入死胡同、教條和神秘主義。

Chodos博士尤其擔(dān)心，“時(shí)髦”的粒子物理學(xué)家已經(jīng)開始過于不加批判地涌向一個(gè)名為“超弦理論”的概念。這個(gè)理論聲稱將自然界所有的力量，包括重力和所有可能的粒子相互聯(lián)系起來，是一種“萬物理論”，正如Chodos博士所說的那樣——“終極理論圣杯”。他認(rèn)為，超弦理論的最大弱點(diǎn)在于，它所描述的關(guān)鍵關(guān)系之一，只能在比構(gòu)成原子核的粒子還要小1億億億億億億億倍以上的距離范圍內(nèi)得到驗(yàn)證。他認(rèn)為，想象任何人都能以如此無窮小的尺度來衡量任何事物是愚蠢的。

Chodos博士說，如果剝奪了有形實(shí)驗(yàn)室生命力，物理學(xué)家將“游離到哲學(xué)和純數(shù)學(xué)的未知領(lǐng)域”，讓真正的物理學(xué)枯萎。

他的悲觀預(yù)測并非第一次。

1927年，量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一Max Born對哥廷根大學(xué)的參觀者說，“我們知道，物理學(xué)將在6個(gè)月后結(jié)束”。但他只說對了一部分。

1961年，作為超導(dǎo)領(lǐng)域的著名專家，劍橋大學(xué)物理學(xué)家Brian Pippard告訴大眾“在這片新的物理土地上，最后一代移民發(fā)現(xiàn)了它的富饒。但我們對這不屑一顧”。但四分之一個(gè)世紀(jì)后，物理學(xué)家仍在這塊土地上謀生。

1980年，在威斯康辛州麥迪遜的高能物理學(xué)家國際會(huì)議上。一位參與者表示，他正在尋找物理學(xué)結(jié)束后可以做的其他事情。但如今，物理學(xué)家發(fā)表的論文比以往任何時(shí)候都多。

不過，這次物理學(xué)可能真的要碰壁了。物理學(xué)家正在解決或回避看似無法解決的實(shí)驗(yàn)問題方面取得了難以置信的成功。但未來的實(shí)驗(yàn)似乎需要比整個(gè)太陽系更大的粒子加速器這樣的設(shè)備時(shí)，至少某些類型的實(shí)驗(yàn)似乎即將結(jié)束。

物理學(xué)缺乏實(shí)驗(yàn)的前景使人們想起亞里士多德在黑暗時(shí)代對歐洲科學(xué)的影響。亞里士多德被認(rèn)為是公元前4世紀(jì)邏輯學(xué)的奠基人，但他的邏輯理論并不總是得到實(shí)驗(yàn)的支持。例如，他教導(dǎo)說，大腦的唯一目的就是冷卻血液，所有的東西都是由四種元素組成，沒有真空這種東西。

對亞里士多德來說，根本原則遠(yuǎn)比真實(shí)存在的細(xì)節(jié)重要，他崇高的但有時(shí)是錯(cuò)誤的世界觀影響了12、13世紀(jì)的歐洲自然哲學(xué)。總的來說，那些年對科學(xué)來說是糟糕的。黑暗時(shí)代的思想家們提出了很多理論，這些理論很少經(jīng)得起實(shí)驗(yàn)或時(shí)間的考驗(yàn)。

如果做物理實(shí)驗(yàn)的難度越來越大，而結(jié)果導(dǎo)致亞里士多德的鬼魂復(fù)活，那么科學(xué)和它所服務(wù)的社會(huì)可能會(huì)陷入麻煩。