谁不喜欢一个好点子？物理学家尤其如此。在物理学的根基之处，对富有审美吸引力的假设的偏爱，已是广为接受的惯例。物理学家相信，他们的初始动机无关紧要，毕竟假设都是需要验证的——但他们提出的优美点子大部分都很难乃至于根本无法验证。此外，在实验中一无所获也不要紧，物理学家可以修改其理论以接纳各种零结果（null results）。

这一状况延续了大约40年。在这40年当中，出现了各类颇具审美意趣的论述——例如超对称、多重宇宙和大统一理论——且如今依然吸引着千百万科学家。在这40年当中，社会为各种实验花费了数以十亿计的金钱，但却没找到什么支持这些优美点子的证据。在这40年当中，物理学基础理论并未产生重大突破。

事实上，我（本文作者Sabine Hossenfelder，是法兰克福高级研究学院的物理学家）的同行认为，审美的标准也是基于经验的。我们目前拥有的最为基础的理论——粒子物理学的标准模型以及阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论——在某些方面的确很优美。我觉得，假定别的基础理论也会以类似的方式具备美感，也是一种有价值的尝试。但问题就在于我们尝试了很多遍都无功而返。即便如此，物理学家依然倾向于选择能够满足下述三大审美标准的理论：简洁、自然、优雅（simplicity, naturalness, elegance）。

谈到简洁，我并不是指奥卡姆剃刀——它主张在两个同样能达到目的的理论之间我们应选择更简洁者；我指的是绝对的简洁——但凡是个理论就该简洁，没什么好多说的。当各种理论难以满足我的同行对简洁性的期待时，他们就试图把理论修改得更加简洁——例如把多种力合并为一种，或设定一些新的对称性，以便将粒子排列成有序的集合。

第二项标准是自然性。所谓自然性是指，一个理论不应使用看起来有刻意选择成分的假设，以避免人为因素介入其中。这一标准最经常用于不带单位的常数值，例如基本粒子质量的比率。自然性要求此类数字必须接近于1，假如并非如此，那理论也得解释为何不是这样。

接下来就是第三项标准：优雅性，它从审美上讲最不易捉摸。优雅性通常被描述为简洁与惊喜的结合，统观全局后能揭示出新的联系。我们在“啊哈效应”（Aha effect）里最能见出优雅性，亦即出现顿悟的那一刻，万物豁然开朗、井然有序。

目前的物理学家认为，一个理论只要根据上述三个条件而表现得优美，那就是有前途的。这让他们作出了如下预测：譬如，质子应该是会衰变的。1980年代以来有无数实验试图证明这一点，但迄今为止没人见到过质子的衰变。理论家们还预测说，我们应当能发现暗物质粒子，例如轴子或弱相互作用大质量粒子（简称WIMP）。我们为此进行了不计其数的实验，但却一次也没发现假设中的粒子——至少目前为止没有。类似的对称性与自然性等标准令许多物理学家相信，大型强子对撞机（简称LHC）应该能帮助我们发现一些希格斯玻色子之外的新东西，譬如所谓的“超对称”粒子或额外的空间维度。但目前看来也未能取得多少进展。

在这种做法彻底变得荒唐之前，你还能在这个方向上走多远？平心而论，如果你把一个理论修改到简单得不能再简单，那它就会逐渐丧失预测力，因为这种理论已经没有足够的有效信息，根本没法用它来进行计算。这样一来你得到的就是理论家所谓的“多重宇宙”——一个无限的宇宙集合，宇宙间的自然法则各有不同。

举个例子，如果你在不通过测量对牛顿常数的值进行修正的情况下就使用重力法则，那你就可以说你的理论包含有一个该常数可以为任何值的宇宙。当然，这么一来你就得继续假设在我们所生活的宇宙中，牛顿常数的值与我们之前所测到的一致。这样看来你好像没什么实质性成果。不过理论家们就能借此写一大堆有关新宇宙数目之庞大的论文了。好在别的宇宙是观察不到的，如此一来实验测试也就没法动摇多重宇宙理论。

我认为是时候从科学史当中吸取一点教训了。对于科学理论发展而言，优美与否作为指导标准并没有什么拿得出手的纪录。许多富有美感的假设不过是谬误，譬如著名物理学家约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）曾醉心于行星轨道与正多面体、亦即所谓“柏拉图立方”之间的关联，或原子是不可见的以太打成的结，又或者宇宙处于“稳态”而非正在膨胀当中。

而其它一度被斥为丑陋的理论却经受住了时光的考验。当开普勒后来提出行星轨道是椭圆而非圆形的时候，他的同代人惊呼这不可能是真的，因为那太丑了。物理学家詹姆士·麦克斯韦（James Maxwell）一度对自己的电磁场理论感到怀疑，因为他那个年代的审美标准对齿轮和螺钉情有独钟。保罗·狄拉克（Paul Dirac）就曾批评过麦克斯韦后来某个版本的理论太丑，理由是它需要复杂的数学运算来解决无穷性问题。然而这些看上去不美的点子却是正确的。它们至今仍在发挥作用。而我们也不再嫌它们丑了。

历史还给我们上了另外一课。即便审美对许多物理学家来说是强有力的个人动机，然而带来理论突破的并不单纯是审美上的不安——不要忘了数学上的矛盾。譬如，爱因斯坦就因为绝对时间与麦克斯韦的电磁场理论冲突而放弃了它，随后创立了狭义相对论。接下来他又解决了狭义相对论与牛顿的重力理论之间的冲突，这催生出了广义相对论。后来，狄拉克又解决了狭义相对论与量子力学之间的分歧，进而发展出了量子场论，它在今天的粒子物理学当中仍扮演重要角色。

希格斯玻色子的诞生同样源自于对逻辑连贯性的需要。2012年被发现于大型强子对撞机中的希格斯玻色子乃是标准模型得以生效的必要条件。若没有它，粒子物理学家的计算结果将会是一个大于1的概率，这在数学上毫无意义，无法描述现实。即便将这一点纳入考量，数学也并未告诉我们希格斯玻色子就必定是弥补这一缺陷的担当，别的可能性也是存在的。不过，我们甚至在建造大型强子对撞机之前就知道它一定能捣鼓出某些新东西来。这一推论却是有坚实的数学基础的。

从另一方面看，超对称粒子很吸引人但却不必要。它们之所以被引入，乃是为了弥补现有理论在审美以及自然性方面的缺憾。不具备超对称性的理论在数学上没有任何错误可言，它只是不那么可爱而已。粒子物理学家诉诸超对称性来弥补他们所认为的这一缺失，试图令理论更加优美。他们预测称将能在大型强子对撞机里发现超对称粒子，但这更接近于一厢情愿，并没有坚实的逻辑根据。且这些粒子也并没被发现。

我从这一连串零结果当中得出的结论是，当物理学想要去纠正所谓美感缺失问题时，我们无异于在假问题上浪费时间。物理学家眼下必须反思其方法——至少在讨论世界上是否需要下一部强子对撞机或是否需要开展新一轮的暗物质研究之前应当如此。

答案当然不会是“怎样都行”。“新理论应当能解决现有的问题”原则上而言是个好想法——但如今的麻烦在于，这些问题本身提得不够精当，导致相应的标准难以发挥作用。在物理学基础理论中，推理的概念与哲学基础仍然略显薄弱而有待提升。

要求自然来迎合我们的审美不仅没有用处，而且不是好的科学实践。我们应当听从证据的引导，来发现新的自然法则。我坚信，美会在那里等着我们。

（翻译：林达）

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