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在訪談中,，這位諾貝爾物理學(xué)獎得主討論了自由意志,、時間旅行以及創(chuàng)新與科學(xué)發(fā)現(xiàn)之間的關(guān)系。 撰文 | 阿道夫·普拉森西亞（Adolfo Plasencia）當(dāng)今的科學(xué)領(lǐng)域中充滿了科學(xué)家和人文學(xué)者之間的對話和互動,。新知識的前沿是跨越傳統(tǒng)學(xué)科界限合作的產(chǎn)物,。我相信，新知將在不同研究背景的科研人員一起解決具體問題時碰撞產(chǎn)生,。阿道夫·普拉森西亞是《宇宙是一個全息圖嗎,？》的作者。這個前提激發(fā)了我寫Is the Universe a Hologram? Scientists Answer the Most Provocative Questions（《宇宙是全息圖嗎?科學(xué)家對最具爭議問題的回答》）這本書,，它收錄了一系列與頂尖科學(xué)家的對話，包括他們對物理世界,、技術(shù)和心智中關(guān)鍵問題和概念的看法,。這些思想者對這些問題提供了具體的見解，也對其知識傳統(tǒng)給出了更廣泛的評論,。在談話過程中,，他們揭示了一座思想交結(jié)的富礦。幾年前這本書出版時,，我還沒有機(jī)會和諾貝爾獎得主,、物理學(xué)家弗蘭克·維爾切克（Frank Wilczek）坐下來談?wù)劊乙恢焙苄蕾p他的工作,。我們的談話發(fā)生在2020年,，當(dāng)時他作為著名的Rei Jaume I獎的評審團(tuán)成員來到西班牙瓦倫西亞市，訪談收錄在最近出版的西班牙語版De neuronas a galaxas（從神經(jīng)元到星系）一書中,。我很高興在下面分享我們的討論（經(jīng)過翻譯和編輯）。Adolfo Plasencia（以下簡稱AP）: 維爾切克教授,，讓我們直接進(jìn)入主題吧,，這個主題很難,，但是我覺得它很引人入勝。在我與量子計算領(lǐng)域先驅(qū),、物理學(xué)家伊格納西奧·西拉克（Ignacio Cirac）對話時,，他說量子物理在某種程度上考慮了自由意志,。這是一個大膽的想法，我一直很想知道您對此的看法,。您同意西拉克的觀點嗎,？Frank Wilczek（以下簡稱FW）: 我認(rèn)為這個問題可以用兩種不同的方式來理解。第一種解釋是問量子力學(xué)是否解釋了自由意志的現(xiàn)象,，或者在我們對世界的描述中，是否有其他東西必須考慮,，這些東西不在量子力學(xué)的范圍內(nèi),，或者不屬于我們所理解的物理學(xué)。答案是我們并不確定,。但似乎有個很好的假設(shè),，實際上我認(rèn)為科學(xué)家們正在采用，那就是精神生命的現(xiàn)象,，包括自由意志,，可以從精神在物質(zhì)中的物理體現(xiàn)中衍生出來。因此,，我們所說的“涌現(xiàn)”現(xiàn)象定性來說是不同的行為,，很難在基本的物理定律中看到，但它們卻可以在組件眾多并有豐富結(jié)構(gòu)的大型系統(tǒng)中出現(xiàn),。例如,，當(dāng)神經(jīng)生物學(xué)家研究神經(jīng)系統(tǒng)時、研究大腦時,，他們采用的工作假設(shè)是思想,、記憶——所有精神現(xiàn)象——都有物理基礎(chǔ)，都有物理相關(guān)性,。另一方面,，你可以問自己，當(dāng)我們做物理實驗時，我們是否不得不加入一些精神因素,。我們需要因?qū)嶒炚哒谒伎嫉氖虑槎鴮嶒炦M(jìn)行修正嗎,？物理學(xué)家在進(jìn)行非常精密、精確,、精巧的實驗時,，必須對各種事物帶來的影響進(jìn)行修正。你必須對經(jīng)過的卡車帶來的影響進(jìn)行修正,，你必須對電場和磁場的影響進(jìn)行修正,，你必須非常精確地控制溫度,，等等,。但以前，人們從不需要的東西就是對人的想法帶來的影響進(jìn)行修正,。所以我認(rèn)為有很好的間接證據(jù)表明,，這個世界，這個物質(zhì)世界,，不受獨立的精神世界的影響,。“我認(rèn)為物理學(xué)家遇到的障礙不是原理的障礙，而是技術(shù)上的障礙,?！?/strong>對這個問題的第二種解釋是，在量子力學(xué)的表述中,，是否應(yīng)該將觀察者作為一個具有自由意志的獨立對象,，因為他將決定觀察什么。量子力學(xué)有一個不尋常的機(jī)制,，這個理論具有方程描述,，而要解釋方程必須要進(jìn)行觀察。我相信,，最終為了在物理的基礎(chǔ)上理解自由意志現(xiàn)象,，從而完全理解量子力學(xué)，我們需要擁有與我們?nèi)粘Ｉ罱?jīng)驗相對應(yīng)的,、完全基于量子力學(xué)的意識模型,，并且完全理解它。目前,，我認(rèn)為我們沒有做到,。但是，我認(rèn)為物理學(xué)家遇到的障礙不是原理的障礙,，而是技術(shù)的障礙,。我們在量子力學(xué)方面還不夠先進(jìn)，無法建立模型來說明起初被我們當(dāng)作意識的東西。未來這是一個很大的挑戰(zhàn),。但我們完全有理由相信,，這一挑戰(zhàn)總有一天會得到解決。我們需要的是一個完全由量子力學(xué)描述的模型,，它包含復(fù)雜的對象,，你可以指著它說，“它的行為就像一個有意識的頭腦,，我可以把它當(dāng)成一個具有思想的實體,。”當(dāng)然,，部分困難在于“意識”的定義還非常模糊,。AP: 你的回答讓我想起有人對我打趣的一句話，在看到我書的目錄并閱讀我與 Cirac 的討論后,，他說：“所以物理學(xué)家現(xiàn)在也開始研究哲學(xué)了,？FW: 物理學(xué)家一直是哲學(xué)家。事實上,，從歷史上看,，在古希臘哲學(xué)和自然科學(xué)的起源都涉及到同一群人。像畢達(dá)哥拉斯,、泰勒斯和柏拉圖這樣的人,，他們并不認(rèn)為自己是哲學(xué)家或物理學(xué)家，他們兩者都是,。他們從一開始就以某種方式共同發(fā)展了這兩個學(xué)科的主要問題,。近年來，物理學(xué)已經(jīng)變得更加復(fù)雜,，而且已經(jīng)從純理論哲學(xué)中獨立出來,，成為一門學(xué)科，有著自己的技術(shù)和學(xué)術(shù)文獻(xiàn)等等,。但是,，我認(rèn)為物理學(xué)家不應(yīng)該放棄嘗試全面了解世界的追求。他們在理解物理世界方面取得了許多進(jìn)展,，精密,、準(zhǔn)確并且非常深刻，我不認(rèn)為這會剝奪他們解決哲學(xué)的經(jīng)典問題的資格,。相反,，我認(rèn)為這使得他們能夠為傳統(tǒng)“哲學(xué)”問題帶來新見解。我認(rèn)為許多物理學(xué)家之所以不想這樣做,，要么是他們忙于物理學(xué),，要么是他們不敢,，但我認(rèn)為物理學(xué)家成為哲學(xué)家是完全合適的。事實上,，我認(rèn)為應(yīng)該如此,。我們從物理學(xué)中學(xué)到的關(guān)于物理世界的許多想法都是非常令人驚奇的，你沒法根據(jù)日常經(jīng)驗揣測它們——所以我認(rèn)為我們有可以教給哲學(xué)家的東西,。特別是,，由于量子力學(xué)確實是是我們所說的現(xiàn)實的巨大擴(kuò)展，它要求調(diào)整你的思維方式,。如果你想成為一個認(rèn)真研究現(xiàn)實或意識的學(xué)生,，你真的應(yīng)該了解量子力學(xué)。在我看來,，一個不懂量子力學(xué)的哲學(xué)家就像一個雙手被綁在背后的游泳者,。“在我看來，一個不懂量子力學(xué)的哲學(xué)家就像一個雙手被綁在背后的游泳者,?！?/strong>AP: 讓我們談?wù)勎曳Q之為“怪異想法”的問題。一個我一直想了解的問題,，從一個非常無知又深深好奇的非科學(xué)家層面出發(fā)——如果有什么知名的關(guān)于量子物理中與普通人日常邏輯相沖突的象征或想法，那一定是“薛定諤的貓”,。在不知道貓是死是活的情況下,，當(dāng)你試圖去弄清楚的時候，你會得出貓即死又活的結(jié)論,，難道你不覺得這很難向人們解釋清楚嗎? 這是一件相當(dāng)奇怪,、違反直覺的事情，即使對研究這一課題的大學(xué)生來說也是如此,。FW: 當(dāng)你用概率來描述它們時,，會出現(xiàn)很多種情況，在你將觀察到什么之前,，你并不知道哪種情況將發(fā)生,。這幾乎就是概率的定義。你不知道當(dāng)你看向它時,，當(dāng)你進(jìn)行觀測時,，當(dāng)你從一個樣本中挑選時，或者其他情況,，你將會發(fā)現(xiàn)什么,。但是量子力學(xué)的情況有點不同。讓它變得很矛盾的是,，有一種非常真實的情況,，就是貓活著的狀態(tài)和死了的狀態(tài)可能是同時存在的,，而這在經(jīng)典情況下是不可能發(fā)生的。實際上,，這種共存對貓來說并不現(xiàn)實,，但我們可以討論原子中的類似情況，它在原子中是真實發(fā)生的,。不過,，本著你問題的主旨，讓我回到貓的話題上來,。原則上,，我們假設(shè)經(jīng)過一段時間T后，根據(jù)量子力學(xué)的預(yù)測,，我們得到一只活貓的概率或一只死貓的概率是50/50,，所以它們是等可能發(fā)生的。這樣的情況可以通過用很多的貓,，反復(fù)做相同的實驗來驗證,。但量子力學(xué)告訴你，如果你在時間T之后做某些操作,，你可以逆轉(zhuǎn)這種情況,，使得貓肯定是活的，或者貓肯定是死的,，這兩種可能性都存在,，并且你也可以通過對初始條件，對初始波函數(shù)做不同的事情來恢復(fù)它們,。因此,，量子力學(xué)的不同之處在于，這兩種可能性并不是相互排斥的,，它們可以在某些情況下共存,，而當(dāng)你觀察的時候，你會發(fā)現(xiàn)所謂的“波函數(shù)坍縮”,。此時你確定了一種可能性,，但在你觀察之前，在你介入之前,，兩者都存在,。如果你不干預(yù)，而是讓系統(tǒng)保持封閉的,，不去觀察它,，通過一些場來操縱它，永遠(yuǎn)不去看貓是死是活,，你可以反向演化,，讓它完全活著或者讓它完全死亡,。對于真正的貓這是不切實際的,但如果你不談?wù)撋埢蛞粋€死貓，而是一個原子的自旋,它有自旋向上或向下兩種狀態(tài),你確實可以做這樣的事情,。你可以制備這樣的情況,，使得原子有50/50的機(jī)會自旋向上或自旋向下。但是,通過操作波函數(shù),沒有進(jìn)行觀測,而只是操作原子,你可以證明這兩種可能性都是真實存在的,。AP：所以你認(rèn)為量子疊加是人類邏輯的一部分……FW：是的,！有些人在物理和量子力學(xué)方面做得很成功。我用量子力學(xué)時,，偶爾也會犯錯誤,，但我總能改正。如何將量子力學(xué)應(yīng)用到物理環(huán)境中是毫無疑問的,，且答案有對有錯,。量子力學(xué)有時會有一些非常違反直覺的情況。你必須把自己置于常識之外,，用不同的方式思考一些事情,，因為如果你運用常識，你可能會得到錯誤的答案,。有時,，你只需要遵循方程。但是你知道,，有很多人應(yīng)用量子力學(xué)非常成功,，他們將其應(yīng)用到計算機(jī)設(shè)計和其他各種奇怪的小工具，用它來做很多具體的事情,。這當(dāng)然不是人類無法理解的。“你必須把自己置于常識之外,，用不同的方式思考一些事情,，因為如果你運用常識，你可能會得到錯誤的答案,。”AP: 好吧,，讓我們進(jìn)入下一個話題：時間旅行。您不久前在Quanta雜志上發(fā)表的一篇文章[1]深入探討了時間之箭的概念,，這個概念由阿瑟·愛丁頓（Arthur Eddington）在近100年前提出,，但至今仍是現(xiàn)代物理學(xué)的一個未解之謎。這個想法假設(shè)時間是單向的或不對稱的,。讓我直接問您：為什么時間旅行只適用于科幻小說,，因此只適用于想象，而不適用于我們的日?，F(xiàn)實,。FW: 這是一個非常復(fù)雜的問題,。不僅在于內(nèi)容，還在于形式,。所以,，讓我試著把你的問題歸結(jié)為要點。一個方面是,，當(dāng)物理學(xué)家談?wù)撊謱ΨQ性時,，他們指的是什么？（在我們生活的現(xiàn)實中）你不可能逆轉(zhuǎn)時間的方向,，因此當(dāng)你說：“如果我們逆轉(zhuǎn)時間的方向,，就會發(fā)生這樣那樣的事情?！边@聽起來像是形而上學(xué),。但實際上，它指的是非常具體的東西,。這意味著如果你遇到這樣一種情況,，當(dāng)粒子以一定的速度運動時，在某個初始時刻你知道它們在哪里以及它們移動的方向——這些是基于特定的方程的,，你也可以在相同的空間中討論粒子朝相反的方向運動的情況,。所以如果你改變（方程中的）時間的方向，它們就會朝相反的方向運動,。你可以看到這兩種情況是否由完全相同的方程控制,。時間反演對稱性說的是，如果你反轉(zhuǎn)系統(tǒng)中所有物體的旋轉(zhuǎn)方向和速度,，你會發(fā)現(xiàn)它是由相同的方程描述的,，就像你什么都沒做一樣。這就是時間反演對稱性對物理學(xué)家的具體含義,。還有很多更復(fù)雜的細(xì)節(jié),，與自旋有關(guān)，與奇異粒子有關(guān),，但本質(zhì)上就是這樣,。在物理學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)這個原理非常非常準(zhǔn)確,。雖然不完美,，但是非常非常準(zhǔn)確。然而,，在日常生活中,，情況似乎并非如此。在我們的生活中,，時間的前進(jìn)和后退將具有完全不同的體驗,。當(dāng)然,，它肯定不同。那么,，這與我提到的實驗是如何一致的呢,？首先，作為實際問題,，在任何復(fù)雜的系統(tǒng)中,，我們無法改變每個粒子的運動方向，更不用說人體了,。所以在現(xiàn)實中你不能真正做到這一點,。你不能得到時間反演對稱的直接結(jié)果。過去和未來是完全不同的,，這其中的原因很難簡單說清楚,，盡管基本的方程向前和向后看都是一樣的。我認(rèn)為現(xiàn)在討論整個過程不合適,，但我還想說幾句,。它的本質(zhì)是，在最開始,，在宇宙的最早期階段,，宇宙溫度更高，密度更大,，并且在膨脹,。這就是宇宙大爆炸。大爆炸發(fā)生在過去,，而不是未來,。因此，這告訴你,，過去的情況跟現(xiàn)在極為不同,，我們正在走向一個與宇宙起源極為不同的未來。通過一系列關(guān)于結(jié)構(gòu)形成和宇宙冷卻之類的爭論,，你可以勾畫出說得通的關(guān)于宇宙的歷史，它符合我們關(guān)于時間的經(jīng)驗,，它只向一個方向流逝,，盡管在基本方程中，如果它朝相反的方向運動,，我們也會有相同的結(jié)果,。FW: 我的意思是,，原則上有一種非常有趣的可能——我們可以通過扭轉(zhuǎn)粒子的運動方向，讓它們隨時間演化逆向運動,，這樣它們就能重建更早時候的狀態(tài),。也許我們對一些關(guān)鍵的分子這樣做，可以實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)衰老,。但在實踐中,，我們不知道需要逆轉(zhuǎn)什么關(guān)鍵元素（如果有的話），因此,，時間反演對稱性這一基本定律在實踐的角度對我們沒有任何幫助,。AP：最后，我想問你一些對我很重要,，但與物理沒有明確聯(lián)系的事情,。我撰寫和發(fā)表了很多關(guān)于創(chuàng)新（innovation）的文章，幾十年來創(chuàng)新一直是一個流行詞,，似乎現(xiàn)在仍然是,。如今，從企業(yè)家到政治家,，每個人都必須創(chuàng)新,。作為一名科學(xué)家，同時也作為一名公民,，您如何看待這個術(shù)語,，它的概念，以及它在今天的意義,？您認(rèn)為在我們現(xiàn)在生活的世界里,，發(fā)現(xiàn)（discovery）、發(fā)明（invention）和創(chuàng)新的概念有什么不同,？FW：我認(rèn)為我們現(xiàn)在生活在一個非常特殊的時代,，因為我們有了電子、微電子,、計算機(jī)技術(shù)和電信等通訊手段和思維輔助手段,。有了這些東西，人們可以更有效地交換想法,。人們可以聚在一起思考,。另一方面，還有更多的事情需要考慮,，因為我們有非常強(qiáng)大的技術(shù),，并且對物質(zhì)的理解非常非常好。于是我們可以在想象和計劃的基礎(chǔ)上設(shè)計東西，并確保它們能起作用,，或者至少對它們能起作用有信心,。這就是創(chuàng)新，它讓我們使世界的知識產(chǎn)生了爆炸性的增長,，進(jìn)而在各個方面做出改進(jìn),。對我來說，作為一名物理學(xué)家,，我非常自豪的是,，如此多的創(chuàng)新來自于對物理世界和現(xiàn)實的深刻理解，這些理解最初是由那些對物理世界如何運作而感到好奇的人提供的,，特別是我們正在談?wù)摰牧孔邮澜纭?/span>如果沒有對20世紀(jì)中物理學(xué)對物質(zhì)的深刻理解,，所有的微電子、晶體管,、半導(dǎo)體等都不可能存在,。并且進(jìn)步還沒有結(jié)束，我們還沒有用盡這種對世界的深刻理解所開辟的潛力,。事實上,，理論本身告訴我們，還有更多的改進(jìn)空間,。我的偶像之一理查德·費曼在1959年發(fā)表了一篇名為《底部的空間還大得很》（There’s plenty of room in the bottom）[2]的著名演講,，他預(yù)測了微觀世界的豐富性:即使在很小的物體中也有很多很多原子。如果你能熟練地操控它們,，你就能做一些小機(jī)器,，你就能做一些有用的事情，不管是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,，還是在計算機(jī)領(lǐng)域,。原則上，他預(yù)見到各個方向能夠開辟出各種可能性;當(dāng)然,，他無法預(yù)測具體細(xì)節(jié),，但他指出了這個方向。現(xiàn)在我們看到它們體現(xiàn)在微電子,、納米技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)中,。所有這些都來自于對這個微觀世界深刻、細(xì)致的理解,。最近的一項諾貝爾化學(xué)獎頒給了建造分子馬達(dá)并理解如何做到這一點的人,。所以，在很多方面,，這門基礎(chǔ)科學(xué)為創(chuàng)新開辟了新的可能性。你問我創(chuàng)新和科學(xué)發(fā)現(xiàn)之間的關(guān)系。我覺得它們有相互影響的地方,。但從根本上說,，好奇心驅(qū)動的基礎(chǔ)科學(xué)是更長遠(yuǎn)的。它不關(guān)注你如何達(dá)到目標(biāo),，你只是想要快速地或有效地達(dá)到它們,。它把我們帶入未知的領(lǐng)域，在那里我們不知道我們在做什么,，我們?yōu)槭裁匆?。但這類事情為未來的創(chuàng)新提供了新的可能性。所以我想說,，科學(xué)研究是不斷創(chuàng)新的,，它是一個由長期的好奇心驅(qū)動的領(lǐng)域。而短期的創(chuàng)新可以收獲發(fā)現(xiàn)的果實,。阿道夫·普拉森西亞 是科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的作家和專欄作家,，是《宇宙是全息圖嗎？科學(xué)家對最具挑戰(zhàn)性問題的回答》一書的作者,。[1] https://www./how-axions-may-explain-times-arrow-20160107/ [2] https://web.pa./people/yang/RFeynman_plentySpace.pdf本文譯自,，Adolfo Plasencia ,'Physicists Have Always Been Philosophers’: In Conversation With Frank Wilczek原文地址：https://thereader.mitpress./physicists-have-always-been-philosophers-in-conversation-with-frank-wilczek/
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