再過幾天，2019年諾貝爾獎便會揭曉。而就在今年早些時(shí)候，1969年度諾貝爾物理學(xué)獎得主默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）去世。今天的文章是蓋爾曼2007年面向普通大眾的一個(gè)演講，「返樸」希望以此文紀(jì)念蓋爾曼——這位提出夸克模型的天才物理學(xué)家。在演講中，蓋爾曼幽默風(fēng)趣，以簡單的語言勾勒出了物理學(xué)基本理論的輪廓。時(shí)隔多年，我們?nèi)阅軓闹懈惺艿剿硇挠谖锢砝碚撝罆r(shí)的迷人風(fēng)采。
撰文 | 默里·蓋爾曼（Murray Gell-Mann）
翻譯 | 太瘦生
Murray Gell-Mann，1929.9.15-2019.5.24
感謝將我的同事們（指牛頓、愛因斯坦等）的肖像張掛在這兒，（聽眾大笑）我們后面會談到他們。現(xiàn)在，我想要做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。通常來說，我不做實(shí)驗(yàn)，我是一個(gè)理論家。但是我想要看看如果我按下這個(gè)按鈕會發(fā)生什么。好了，的確。我曾經(jīng)在基本粒子領(lǐng)域工作。這一領(lǐng)域關(guān)注下面這些問題：如果將物質(zhì)細(xì)分下去會發(fā)生什么？它由什么組成？這些粒子的定律放之四海而皆準(zhǔn)，并且它們與宇宙的歷史密切相關(guān)。
我們對四種力已經(jīng)知道很多了?？隙ㄟ€有更多的東西，不過它們是在小之又小的尺度上，我們暫時(shí)還沒有與它們產(chǎn)生太多瓜葛。我主要想聊的東西是這個(gè)：就是在基礎(chǔ)物理領(lǐng)域里頭我們有一個(gè)顯著的經(jīng)驗(yàn)是說，美對于選擇正確的理論而言是一個(gè)非常成功的判斷標(biāo)準(zhǔn)。那么到底為什么會這樣呢？
這兒有一個(gè)來自我個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的例子。事實(shí)上，發(fā)生這樣的事情是相當(dāng)戲劇性的。在1957年里，大概我們?nèi)膫€(gè)人吧，提出了關(guān)于這些力里頭的這個(gè)弱力的一個(gè)還算完整的理論。但是它與七個(gè)——數(shù)一數(shù)，是七個(gè)——實(shí)驗(yàn)不吻合。這些實(shí)驗(yàn)都是錯(cuò)的。
我們是在知道這之前發(fā)表這個(gè)理論的，因?yàn)槲覀冇X得它如此之美，肯定是對的。那些實(shí)驗(yàn)肯定是錯(cuò)的，事實(shí)也的確如此。掛在那兒的我們的朋友，阿爾伯特·愛因斯坦，當(dāng)聽到人們說“你知道嘛，有個(gè)人有個(gè)實(shí)驗(yàn)好像與狹義相對論不一致，好像是叫 DC Miller 的。那到底咋回事？”這些話的時(shí)候，他一般都是毫不在意的。而且他會說，“哦，那都會過去的?！?/span>（聽眾笑）
為什么像上面提到的理論那樣的玩意兒會有效？這就是現(xiàn)在要談的問題。是的，說到美我們到底在說什么？這是個(gè)問題。我會試著說清楚——至少差不多說清楚吧。為什么它會有效，這和人有啥關(guān)系嗎？我會帶你們從我提出來的這最后一個(gè)問題的答案進(jìn)入這些話題。答案是，它和人沒啥關(guān)系。
我們設(shè)想，或許在另一個(gè)星系里頭，繞著某個(gè)非常遙遠(yuǎn)的恒星的某個(gè)其他星球上的某個(gè)地方，也存在至少和我們一樣聰明的生命體，他們也對科學(xué)感興趣。這不是不可能的，我認(rèn)為可能還存在著不少這樣的生命。
很有可能，這些外星球生命物種里頭沒有一個(gè)距離足夠近到可以和我們產(chǎn)生瓜葛。但是很簡單，它們就在那兒。假設(shè)它們擁有非常不一樣的知覺器官等等這些東西，比如，想象它們有7個(gè)觸手，有14個(gè)小小的看起來很可笑的復(fù)眼，還有一個(gè)像是蝴蝶脆餅形狀的大腦。它們真的會有不一樣的定律嗎？有不少人相信會是這樣，我認(rèn)為這完全是胡說八道。我認(rèn)為確實(shí)有一些定律，在任一給定時(shí)間里我們當(dāng)然還沒有很好地理解它們——但是我們在努力。我們努力去逐漸接近這些定律。
總有那么一天，我們也許可以真正搞出來關(guān)于粒子和力的基本統(tǒng)一理論，我稱之為“基本定律”。我們也許離它并不太遠(yuǎn)。但是即便我們在有生之年碰不到它，我們?nèi)匀豢梢哉J(rèn)為有一個(gè)在那兒，我們正在努力逐漸接近它。我認(rèn)為這就是要說的重點(diǎn)。我們可以在數(shù)學(xué)上表達(dá)這些東西。當(dāng)那些數(shù)學(xué)非常簡單——就是說，當(dāng)使用一些數(shù)學(xué)符號，你能不費(fèi)吹灰之力地在很小的地方寫下這個(gè)理論——的時(shí)候，這也基本上就是我們說的美或者優(yōu)雅了。
這就是我要講的關(guān)于那些定律的東西。它們真的在那兒。牛頓當(dāng)然相信這個(gè)。他曾經(jīng)說到，“找出這些定律是自然哲學(xué)的任務(wù)所在?！睂τ诨径桑@兒有一個(gè)假定，就是假定基本定律真的是關(guān)于所有粒子的一個(gè)統(tǒng)一理論的形式?，F(xiàn)在一些人稱它為萬物理論。這是不對的，因?yàn)檫@個(gè)理論是量子力學(xué)化的。我不會深入討論量子力學(xué)以及它大致是什么等等這些玩意兒，不過你們確實(shí)聽到不少關(guān)于它的錯(cuò)的東西。（聽眾笑）甚至有關(guān)于它的、帶著不少錯(cuò)誤的電影。
這里主要想說的是它預(yù)測概率。有些時(shí)候這些概率近乎確切。并且在不少熟悉的情況里頭，它們就是確切的。不過其他時(shí)候它們不是的，有時(shí)就只有對于不同結(jié)果的概率。所以這也就是說，宇宙的歷史并不只是由基本定律決定的。它取決于基本定律和除此之外的一長串巧合或者說幾率。
基本理論并不包含那些幾率，它們是額外的東西。因此它并不是萬物理論。實(shí)際上，宇宙中圍繞我們的大量信息來自于這些巧合，而不只是基本定律。現(xiàn)在人們常說，通過檢驗(yàn)由低能量到高能量再到更高能量，或者說由小尺度到更小尺度再到更小尺度的現(xiàn)象來逐步向基本定律靠近就像是剝洋蔥。我們這么不斷繼續(xù)下去，建更高能的加速器來找尋基本粒子，這樣就能夠逐步深入粒子的結(jié)構(gòu)，沿著這條路，我們就可以逐漸接近基本定律。
實(shí)際發(fā)生的是，當(dāng)我們照這么做，并逐漸接近深層次定律的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)，就像剝洋蔥一樣，每一層皮都和上一層皮有相同之處，和下一層也是。我們把它們用數(shù)學(xué)寫出來，可以看到它們用了非常相近的數(shù)學(xué)。它們需要非常相近的數(shù)學(xué)。這是相當(dāng)顯著的，這也是我今天想要說到的中心點(diǎn)。牛頓——對，是牛頓——稱之為祂。
這位老兄是阿爾伯特·愛因斯坦。嗨，阿爾！他說到，“自然臣服于她自個(gè)兒”——這兒他將自然擬人化成女性了。所以實(shí)際發(fā)生的是，我們得到的新現(xiàn)象，或者說剝出來的洋蔥的新一層，那些稍微小一些的洋蔥內(nèi)層，與那些稍大一些的外層類似。我們已有的用于描述上一層皮的數(shù)學(xué)與我們需要用來描述下一層皮的數(shù)學(xué)差不多是一樣的。這就是為什么那些方程看起來這么簡單的原因。因?yàn)樗鼈冇昧宋覀円呀?jīng)有的數(shù)學(xué)。
舉一個(gè)尋常例子：牛頓發(fā)現(xiàn)了引力定律，定律的形式是相互吸引的東西的距離平方的倒數(shù)的樣子。法國的庫倫發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電荷的同樣的定律。這就是關(guān)于這種相似性的一個(gè)例子?？匆Γ羞@么一個(gè)特定的定律。再看電，非?？隙?，還是同樣的定律。這是一個(gè)很簡單的例子。有很多更復(fù)雜的例子。對稱性在這些討論中非常重要。你一定知道它說的是什么。比如，一個(gè)圓圈在關(guān)于圓心的旋轉(zhuǎn)之下是對稱的。繞著圓心轉(zhuǎn)，圓圈保持不變。在三維情況下，拿一個(gè)球繞著球心轉(zhuǎn)，所有這些旋轉(zhuǎn)都使球和未轉(zhuǎn)前一樣。它們就是球的對稱性。因此我們就說，一般地，如果在特定操作下，這些操作使得現(xiàn)象或者現(xiàn)象的描述不變，那么就存在著對稱性。
麥克斯韋方程組當(dāng)然在全空間的旋轉(zhuǎn)之下都是對稱的。不用在意我們是否將整個(gè)空間轉(zhuǎn)動了某個(gè)角度，它不會改變電或磁的現(xiàn)象。在19世紀(jì)有了一個(gè)新的符號體系來表示它，如果你使用了這個(gè)符號體系，麥克斯韋方程組就變得簡單不少。再后來愛因斯坦用他的關(guān)于相對性的狹義理論，找到了麥克斯韋方程組的一整套對稱性，這被稱作狹義相對論。有了這些對稱性，麥克斯韋方程可以變得更短，也更漂亮。
借助矢量分析，利用旋轉(zhuǎn)對稱性簡化后的麥克斯韋方程組。
利用狹義相對論的對稱性進(jìn)一步簡化后的方程組。
讓我們來看一下。你不用知道這些東西都是指什么，這沒什么關(guān)系。你可以只看這個(gè)形式。（聽眾笑）你可以看下這個(gè)形式。你看，在上面，在頂上，是包含表示空間三個(gè)方向的三個(gè)量（x，y，z）的一長溜方程。然后，借助矢量分析，利用旋轉(zhuǎn)對稱性，可以得到這下一系列方程組。再然后，利用狹義相對論的對稱性，就得到底下這兒的更簡單的一列方程組。這表明對稱性體現(xiàn)得越來越好。有了越來越多的對稱性，這個(gè)理論的簡單和優(yōu)雅也就體現(xiàn)得越好。
最后兩個(gè)方程，第一個(gè)方程是說電荷和電流產(chǎn)生所有電場和磁場。下一個(gè)——第二個(gè)方程是說除了這個(gè)之外，不再有其他磁性。僅有的磁性來源于電荷和電流。有一天我們會發(fā)現(xiàn)在這個(gè)論證里頭有一些小漏洞。但是現(xiàn)在，情況就是這樣。
現(xiàn)在，這兒有一個(gè)很多人還沒聽說過的非常激動人心的進(jìn)展。他們應(yīng)該聽說過它，但是技術(shù)細(xì)節(jié)解釋起來有點(diǎn)兒難度，所以我就不解釋了。我就只提一下。（聽眾笑）楊振寧，我們稱之為弗蘭克·楊（“Frank” Yang），他和鮑勃·米爾斯（原文為Bob Mills，指物理學(xué)家Robert Mills，英文中常將Robert簡稱為Bob）在五十年前提出一個(gè)對于麥克斯韋方程組的推廣，它具有新的對稱性，一種全新的對稱性。這個(gè)推廣和麥克斯韋方程組在數(shù)學(xué)上很類似，但是有了一種全新的對稱性。他們希望這怎么著也可以為粒子物理貢獻(xiàn)些什么，然而并沒有。就它自身而言，它沒有對粒子物理產(chǎn)生啥貢獻(xiàn)。
不過后來我們幾個(gè)人進(jìn)一步推廣了它。然后它就有了！它給出了關(guān)于強(qiáng)力和弱力的一個(gè)非常漂亮的描述。因此這兒再強(qiáng)調(diào)一遍我們之前說過的：就是洋蔥皮的每一層都顯示出和相鄰層的相似性。關(guān)于相鄰層的數(shù)學(xué)非常類似于我們要用來描述新一層的數(shù)學(xué)。所以它看起來是非常漂亮的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)知道怎么樣以一種迷人的、簡潔的方式寫出它。
所以進(jìn)入主題了。我們相信，在所有規(guī)律性之下有一個(gè)統(tǒng)一理論。走向統(tǒng)一之路體現(xiàn)出簡單性。對稱性呈現(xiàn)出簡單性。存在跨越尺度——或者換句話說，從一層洋蔥皮到另一層——的自相似性。近似的自相似性。它解釋了這一現(xiàn)象。它也解釋了為什么美是選擇正確理論的一個(gè)成功的判斷標(biāo)準(zhǔn)。
下面的話是牛頓自己說的：“自然垂愛和臣服于她自己?！彼?dāng)時(shí)在思考的東西在我們今天看來是理所當(dāng)然的，但在他那時(shí)候可不是這樣。這兒有個(gè)故事，不一定是真的，不過很多人提起過它。四個(gè)來源提到過它。說是當(dāng)時(shí)他們在劍橋遭了瘟疫，大學(xué)關(guān)停了，他就回到他母親的農(nóng)莊里。有次他看到一個(gè)蘋果從樹上落下，砸到他頭上還是啥。他突然就意識到使蘋果掉到地上的力和控制行星和月亮運(yùn)動的力是一樣的東西。
這在我們今天看來是理所當(dāng)然的，但在當(dāng)時(shí)是相當(dāng)大的整合，這也就是引力理論。所以他這么說到自然的一致性原則：“自然的原則與哲學(xué)家的觀念相去甚遠(yuǎn)，我盡力克制不在書里對之進(jìn)行細(xì)述，否則我會被視為狂妄之輩……” 這是我們都要小心的，（聽眾笑）特別是在這里。“……讀者針對這些東西的偏見正是此書之所由作。”
今天誰還說這不過是人類頭腦的虛構(gòu)呢？就是說導(dǎo)致蘋果掉到地上的力和導(dǎo)致行星和月亮轉(zhuǎn)動的力是一樣的等等這些。所有人都知道這個(gè)。這是引力的性質(zhì)，它不是人頭腦中的什么東西。當(dāng)然，人的頭腦可以領(lǐng)會和接受它，使用它，但是它不是——它并不是源自人的頭腦，它是來自引力的特征。我們談到的所有這些東西都是這樣。它們是基本定律的性質(zhì)?；径墒沁@樣的，每一層洋蔥皮都與其他相似，因而描述一層皮的數(shù)學(xué)允許你去優(yōu)美且簡單地表示下一層皮的現(xiàn)象。
這兒我要說，牛頓在瘟疫那一年做出了很多東西：引力、運(yùn)動定律、微積分、由彩虹的所有顏色構(gòu)成白光。他應(yīng)該寫這么一篇文章——“我在暑期都做了什么”。（聽眾笑）所以我們不需要假定這些原理是孤立的形而上的假設(shè)。它們來自基本理論，它們是我們稱作涌現(xiàn)性的東西。你不需要——你不需要為了得到更多東西而需要更多東西。這就是涌現(xiàn)的意思。
生命可以從物理和化學(xué)，再加上很多巧合中涌現(xiàn)。人的思維可以從神經(jīng)生物學(xué)和很多巧合中產(chǎn)生，就像化學(xué)鍵產(chǎn)生于物理和一些巧合的方式一樣。知道它們來自更基本的東西再加上巧合不會降低這些事物的重要性。這是一般規(guī)律，認(rèn)識到這一點(diǎn)極其重要。你不需要為了得到更多東西而需要更多東西。當(dāng)人們讀到我的書《夸克和美洲豹》的時(shí)候不斷地問：“沒有比你這書里有的東西更多的東西了嗎？”大概，他們是指超自然的東西。然而，并沒有。（聽眾笑）你不需要為了解釋更多的東西而需要更多的東西。非常感謝！（鼓掌）
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