Lisa Randall：暗物质、理论物理与物种灭绝事件
#403 – Lisa Randall: Dark Matter, Theoretical Physics, and Extinction Events
Guests: Lisa Randall
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§01原文文稿 · 00:00–56:24
下面是与哈佛大学理论物理学家和宇宙学家 Lisa Randall 的对话。她的研究涉及加深我们对粒子物理学、超对称性、重子生成、宇宙暴胀和暗物质的理解。
这里是 Lex Fridman 播客。请查看简介中的赞助商来支持节目。现在，亲爱的朋友们，让我们听 Lisa Randall。
你研究和写作的主题之一是暗物质。我们看不见它，但宇宙中有很多暗物质。你还在自己的一本书结尾引用了一句披头士歌曲：‘他长得好看是因为他太难看见。’暗物质是什么？既然我们看不见它，我们应该怎样理解它？在脑海中应该怎样想象它？
我认为物理学真正教给我们的重要事情之一，就是认识到我们的局限，同时也认识到我们的能力。我们能够推断出某种并不能直接看到的东西存在，这本身就是对人类能力的赞美。这也说明，我们不能过度依赖直接感官。如果只相信眼睛直接看到的东西，就会错过世界上正在发生的许多事情。
我们可以把这个道理推广开来，但先聚焦暗物质：我们知道它存在，而且并不只有一种证据说明它存在。在《暗物质与恐龙》一书中，我谈到许多不同的方式。有八九种方法不仅能推断暗物质的存在，还能推断它有多少，而这些方法彼此一致。
那么我们怎么知道它存在？因为它有引力。单个粒子的引力其实并不大。事实上，与自然界中我们知道的其他力相比，引力极其微弱，但暗物质的数量非常多。它携带着大量能量，大约是普通物质所携带能量的五倍；我们知道普通物质存在于原子等结构中。
你可以问，我们应该怎样理解它？它只是另一种不与光相互作用的物质形式，至少目前我们是这样认为的。它通过引力相互作用，会聚集并形成星系，但不与光相互作用，所以我们看不见它。在引力波探测器出现之前，我们在某种意义上之所以能看到事物，都是因为它们与光发生了相互作用。
从理论上说，它的行为和其他物质一样，只是不与光相互作用。
说它像其他形式的物质一样相互作用时，我们必须谨慎。就引力而言，它与其他物质的相互作用方式相同，但它不经历电磁相互作用，这正是它呈现不同分布的原因。
在我们的星系中，它大致呈球形，除非它有自己的相互作用，那就是另一回事了。我们知道它大致呈球形，而普通物质可以辐射并聚集成一个盘面，这就是我们能看到银河系盘面的原因。在大尺度上，从某种意义说，所有物质确实有相似之处。
事实上，暗物质在某种意义上更重要，因为它比普通物质更容易坍缩；普通物质存在辐射力，使它很难在小尺度上坍缩。实际上，是暗物质推动了星系的形成，普通物质随后跟随而来。
暗物质的数量也更多，因此它可以更早开始坍缩。也就是说，暗物质中的能量密度会比只有普通物质时更早超过辐射的能量密度。
它是星系起源故事的一部分，是星系终结故事的一部分，也是整个过程中各种相互作用故事的一部分。
没错。在我的书里，我打过这样的比方：当我们想象一栋建筑时，会想到建筑师，会想到高层设计，却忘了所有做繁重工作的工人。事实上，暗物质对宇宙的形成非常重要，而我们有时会忘记这一点。
这是一个建立在另一个比喻之上的比喻。好吧，那些真正做实际工作的、无人听见的声音。
正是如此。不，这确实是个比喻，但它也抓住了某些东西：事实是，我们无法直接看到暗物质，所以会忘记它的存在，或者不理解它的存在，甚至以为它不存在。看不见它，并不会让它变得不真实；这只意味着我们要面临准确弄清它是什么的挑战。
是的，但那些我们看不见、却仍然与我们看不见的东西发生引力相互作用的事物，在普通人的层面上来说，简直令人难以置信。
确实如此，但也不完全是。因为我认为它教给我们的是：我们是人类，宇宙就是它本来的样子，而我们正在努力与宇宙互动、发现它究竟是什么。我们已经发现了令人惊叹的事情。
事实上，我会说，更令人惊讶的是，我们所知道的物质竟然占据了宇宙如此大的比例。我们受到限制，因为我们是人类。我们能看到宇宙能量密度的约 5%，大约占物质能量密度的六分之一，这很了不起。为什么会这样？宇宙中本可以存在任何东西，然而我们看到的宇宙仍然是一个相当大的部分。
是的，但我认为，我们的许多直觉都是通过头脑中的视觉化来运作的。
这完全正确。我在写书时也意识到，我们有多少词语都建立在我们观察世界的方式之上，这确实如此。物理学真正奇妙的一点，就是它教会你超越直接直觉，建立适用于不同距离、不同尺度和不同思考方式的直觉。
那你会怎样把暗物质拟人化？
我刚才其实已经这样做了。我把它说成了干活的工人。
哦，这个比喻不错。确实如此。难怪你能拿到高额稿酬并写出好书。好吧，你还在那本书里写到，暗物质可能与灭绝事件、恐龙灭绝有关；这是对万物如何相互连接的一种非常迷人的呈现。
我的理解是，暗物质造成的扰动会在太阳系边缘的奥尔特云中产生引力扰动，进而提高小行星撞击地球的频率。
我想说清楚，这是一种推测性的理论。
不过我很喜欢这个想法。
我也喜欢。但我们仍然不能确定。不过它吸引我们的地方在于……让我退一步说。我们通常假设暗物质是单一的一种东西；我们，也就是物理学家，通常认为它除了引力之外基本不相互作用，或者只发生非常微弱的相互作用。
我们又一次必须跳出只从人类出发的思维方式，问问那里还可能有什么。我们提出的是：暗物质中有一部分——不是全部，只是其中一些——可能拥有自身的相互作用，就像我们的宇宙中有许多不同类型的物质一样。我们有原子核、电子、中子和各种力。
标准模型并不是一个简单的模型，但它确实有一些基本成分。所以暗物质也许有有趣的内部结构。也许其中有一小部分，如果它能够辐射——我喜欢称其为‘暗光’，因为那是我们看不见、但暗物质能够看见的光——那么它就可能辐射，并像普通物质坍缩成银河系盘面那样，坍缩成一个盘面。
并非所有暗物质都如此，只是一小部分，但它有可能形成一个非常薄、非常致密的暗物质盘。问题是，这样的结构是否存在？人们现在已经开展研究，试图寻找它们。这是一个有趣的目标，也是可以测量的东西。通过测量恒星的位置和速度，你可以了解银河系的结构；但这个设想有趣的地方在于，太阳系会绕着星系运行。
在运行过程中，太阳系会有点上下起伏，就像旋转木马上的马匹。这个设想认为，每当太阳系穿过这个盘面，就会提高从太阳系边缘某个叫作奥尔特云的区域扰动出物体的概率。在那些时期，发生灾难性事件的可能性会更高，比如那场实际上造成我们确定的最后一次大灭绝的惊人事件。
对恐龙来说可不怎么惊人。
或者说，对地球上三分之二的物种来说都不惊人。
但对人类来说就变得惊人了。它不会——
真正惊人之处在于……我在《暗物质与恐龙》中谈过这一点。这确实是一个令人惊叹的科学故事，因为它是少数真正把不同科学领域结合在一起的故事之一。当时的地质学家，或者说当时的人们，认为事情是缓慢发生的，而这可能是一场灾难性的事件。
而且，我必须说，如果你想想看，这听起来像是一个五岁小孩编出来的故事。也许恐龙是被一块撞上地球的大石头杀死的，但这背后确实有一个科学故事。这也是我喜欢暗盘的原因：它背后有科学故事。无论听起来多么异想天开，你都可以去寻找实验后果和观测后果，检验它是否为真。
我希望你能知道那颗小行星来自哪里，来自奥尔特云的什么位置，为什么会发生这一切，以及它是否确实是因为暗物质。也就是一路追溯到宇宙起源的完整脉络，因为人类似乎有些特殊。似乎在物理学的所有尺度上，都必须发生许多迷人的事件，才会有……[听不清 00:10:17]。
你提到这一点，我真的非常高兴，因为那其实正是我写《暗物质与恐龙》的主要原因之一。我写这本书，是因为我真的认为我们正在滥用这颗行星，改变行星的速度太快了。就像其他事情一样，当你改变某些东西时，想一想它一路走到今天所经历的历史，是很有益的。
正如你指出的，这需要许多不同尺度上的许多过程。我们必须经历结构形成、星系形成、太阳系形成、行星形成以及人类形成。这个过程中有太多步骤。人类在某种程度上是那个巨大天体撞击地球、导致恐龙灭绝并让哺乳动物发展起来的结果。这是一个不可思议的故事。是的，未来可能还会发生别的事情，但如果我们过度干预，我们留下的就不会是人类。
不过从宏观尺度看，地球是一个相当有韧性的系统。你能不能澄清一下？关于事物的形状确实很有意思。银河系……可观测物质大多是扁平的。你说暗物质往往呈球形，但其中一部分可能是扁平的盘。
你想听事物形状的故事。
是的，请说。
结构在早期形成，而我们现在生活其中的结构是……我们知道银河系。银河系有一个盘面，在干燥、黑暗的地方你就能看到它，那是恒星和光所在的地方，但你也可以用某些方式测量暗物质。我们认为暗物质或多或少呈球形分布。就像我们说过的，它数量很多，不一定位于盘面中，但正因为它是个球体，那里仍然有大量暗物质。
据我们所知，它之所以不会进一步坍缩，是因为它不能以同样的方式辐射。普通物质可以辐射，所以会坍缩；而且由于角动量守恒，它会保持为一个盘面，不会只坍缩到中心。我们的设想是，暗物质中也许有一些成分能够辐射。
正如我所说，这远未得到证明。人们已经寻找过盘面，也看到了一些特定密度盘面的证据，但这些都是值得提出的问题。基本上，如果我们能通过现有测量弄清楚它，为什么不试试呢？
好，所以并不是所有暗物质都由同一种东西构成。
这是一种可能性。事实上，我们一开始甚至不知道暗物质是什么；不知道其中大部分是什么，也不知道其中一小部分是什么。它很难测量。为什么难测？正是因为你之前说的，我们看不见它。我们想要思考它可能是什么，尤其是那些能够产生某些观测后果的可能性。这是一场艰难的游戏，因为它不是一种摆在那里、伸手就能拿到的东西。你必须思考它可能是什么，以及怎样才能找到它。
探测它的方式，就是观察它对我们能看见的东西产生的引力效应。
这会是探测某类暗物质的方式。我刚才说到，人们也提出了暗物质的其他形式。它们可能是叫作轴子的粒子，也可能是其他类型的粒子，于是探测方式也各不相同。
直到最近，它最受欢迎的候选者可能一直是某种叫作 WIMP 的东西，因为人们还没有找到它。WIMP 是‘弱相互作用大质量粒子’（Weakly Interacting Massive Particles）的缩写，其质量大约与希格斯玻色子的质量相同，而这样一来，暗物质的密度就会大致达到正确数值。
人们当然很喜欢这个候选者，因为它与标准模型、与我们已知的粒子有关联；如果它与标准模型有关，我们实际看到它的机会就更大。幸运的是，或者不幸的是，这也意味着排除它的机会更大，因为你可以去寻找它。到目前为止，还没有人找到它。我们仍在寻找。
这是大型强子对撞机的希望之一吗？
那原本是大型强子对撞机的希望之一。我想说，考虑到它已经取得的成果，现在看来这种可能性很小了。不过还有地下探测器，比如氙探测器，用来寻找进入其中的暗物质；它们将尝试把限制提高到远强于今天的程度。
就顺着这个话题问一句，回头看现在，大型强子对撞机给人类带来的最大洞见是什么？
这很有意思。它既是一项重大胜利，也是一则警示。希格斯玻色子在 50 年前被提出，后来被发现了。希格斯机制似乎是解释基本粒子质量的唯一方式，而且它确实是正确的；所以一方面，这是重大胜利。另一方面，我在物理学领域待得足够久，也知道它在某种意义上是一则警示，因为我刚开始学物理时，美国提出了一个叫超导超级对撞机的项目。
当时，很多物理学家——尤其可以说是欧洲的许多物理学家——认为大型强子对撞机将拥有发现标准模型底层机制所需的能量范围。我们不想只是发现标准模型，还想知道下一步是什么。
我认为这里的人们对此更加谨慎。他们希望进行更全面的搜索，达到更高能量并获得更多事件，这样我们才能更明确地排除某些可能性。在那种情况下，很多人以为自己知道那里会有什么。那恰好是一种叫作超对称性的理论。许多物理学家认为答案会是超对称性。
我认为这只是促成大型强子对撞机成为‘城里唯一的机器’的诸多因素之一；而超导超级对撞机本来会大得多……如果它真的达到预期目标，它本来会对这个空间进行更有力的检验。
我会说，对人类而言，它既是对发现能力的赞美，也是对真正相信某些事物、从而有信心去寻找它们的能力的赞美；但它也是一则警示：不要在事物真正被发现之前就想当然地认定它们存在。你要相信自己的理论，同时也要不断质疑它们，这样才更有可能发现真相。
这也说明，人类能够承担宏大的工程，也许还告诉我们，可以把规模做得更大。
不过我真的很高兴你这么说，因为那绝对正确。它确实令人印象深刻……在很多方面都令人印象深刻。它在技术上令人印象深刻，在工程层面也令人印象深刻。
还有这么多国家一起合作完成这件事，也令人印象深刻。它不是一个国家单独完成的。它还是一个长期项目，人们为之投入并让它成为现实，这同样令人印象深刻。这证明了，当人们下定决心并为之投入时，他们可以做成惊人的事情。
而且在美国，这也许说明官僚主义会把事情拖慢到……[听不清 00:17:24]。
官僚主义和政治。
政治。
还有经济。许多事情都可能让进展更快，也可能让进展更慢。
科学是推动进步的方式，政治是拖慢进步的方式。现实就是这样。
我不想把这说得太绝对，因为没有政治的话，[听不清 00:17:42] 也不会发生。
你需要西兰花。
有时我确实会想……你没有问这个问题，但有时我想到某些冲突时，会觉得有一个让人们共同参与的项目是件好事。科学界也曾经尝试这样做，比如让巴勒斯坦人和以色列人一起参与一个叫 SESAME 的项目。我认为，在能够做到的时候，这不是坏主意：忘掉政治，只专注于某个具体项目。有时这样确实可行。
某种强制人们行动的机制，某种让大家坐进同一间屋子、共同完成一件事的期限。作为这个过程的一部分，你会意识到共同的人性：你们有同样的关切、同样的希望、同样的恐惧，你们都是人类。这是一起做事所产生的一个意外副作用。
完全正确。这实际上是 CERN 成立的原因之一。那是在第二次世界大战之后，许多欧洲物理学家离开了欧洲；人们希望看到欧洲人一起工作、重建欧洲，而这件事成功了。他们确实做到了。我经常这样想：一个主要问题是，我们没有认识足够多的人，所以当别人看起来像‘他们’时，就更容易忘记他们的人性。我认为建立这些联系很重要。
考虑到这里涉及的复杂性和所有宇宙尺度，最终导致了恐龙灭绝；展望地球的未来时，你会担心未来的灭绝事件吗？
我确实认为，如果按照灭绝物种数量来定义，我们现在可能正处于一次灭绝之中。它很隐蔽，但地球是一个复杂系统。系统对事件的响应方式有时是物种进化，有时是动物迁移到别的地方。可是按照我们改造地球的方式，物种很难简单地迁往其他地方。
现在在人类身上也能看到这一点。我知道人们担心 AI 接管一切，那完全是另一回事。我们只是很少认真思考未来。我们考虑眼下正在做什么，当然也没有充分考虑我们正在摧毁的所有动物，以及那些作为人类先决条件、为我们所依赖的一切。
有意思的是，真正威胁我们的究竟是那些我们看见、正在逐渐发生的事情，还是那些我们几乎看不见、却会突然发生的事情。我有时会想，我们应该担心什么？小行星或核战争似乎可能是某一天突然发生的事情。我说‘某一天’，是指几天或几个月的时间跨度，而不是几十年、几百年的尺度。我们有时主要谈论缓慢发生的事情，但也可能会受到巨大的意外冲击。
这确实很有意思。这其实也是人们花了很长时间才确定造成上一次灭绝的原因之一，因为当时人们认为，许多事情是逐渐发生的；而且在某个阶段，灭绝这个概念本身还是新颖的。
这些事件不一定可以预测。它们只能在宏观尺度上预测，但有时确实可以预测。我认为人们很清楚核武器很危险。我不确定现在的人们是否像二三十年前那样清楚，这当然让我担心。我得说，我过去不像其他人那样担心 AI，但现在我理解了：一旦你创造出我们失去控制的东西，那就很可怕。
我们从今天的事件中学到的另一件事是，只需要少数几个坏行为者。要让事情顺利运作，需要所有人共同努力；但要让事情出错，并不需要太多东西。关于疾病，我们可以找出疾病的成因，但让事情变好未必那么简单，有时确实简单。但要保持健康，很多事情都必须正常运作；而要出问题，只需要一件事出问题。我们竟然能维持正常运作，真是不可思议。
民主也是如此。民主要运转，需要很多人相信它。有时，少数几个坏行为者就能摧毁一切。我们真正依赖的许多事物都处在脆弱的平衡中。系统确实有一定韧性，我们也试图把韧性设计进去，但少数极端事件有时就能改变一切。我认为这正是今天许多人害怕的东西。他们担心民主，也担心和平，还担心 AI。
老实说，我认为人们对核武器的恐惧还不够。我认为它是比人们意识到的更严重的危险。我觉得人们比以前更担心大流行病了一点，但我仍然要说，他们并没有非常害怕。所以你说得对，这些重大事件可能发生，而我们正在建立一些条件，使它们有可能发生；我们应该思考这些问题。问题是，谁应该思考？我们应该怎样思考？如何让事情在全球尺度上发生，因为这正是我们真正需要的。
它当然不应该成为分裂的来源，或许应该成为大规模合作的来源。
那不是很好吗？
是啊。我只是想知道，做一只恐龙会是什么感觉。看到那颗小行星进入大气层，一定很壮观。在一切都……天啊，那会是我愿意穿越回过去、只为亲眼观看的一幕。
这也是我认为你可能通过虚拟现实做到的事情之一。我不认为你必须亲自到场、然后灭绝。
只是去体验它。
我觉得有些事情……那是一个事件。你只是在观看，什么也不做，只是看着它，所以也许可以把它重现出来。
我确实听说过一种核武器爆炸的虚拟现实体验，据说能很好地提醒你那会是什么感受。
我得说，我曾获得美国西南部核历史与技术博物馆颁发的奖项，后来去参观了那座博物馆，结果发现它主要是一座核武器博物馆。可怕的是，那些武器看起来真的很酷。
确实，你会同时产生‘这很可怕’和‘这很酷’的感觉。我认为我们必须克服后者，因为你可以沉浸在那种体验中，但我不确定它会不会让人感到害怕。他们后来真的问过参与者吗：你现在更害怕了，还是没那么害怕了？
这是个非常好的观点。这很好地概括了人类的一般情况：我们会被创造很酷的东西吸引，即使它们可能很危险。
事实上，这正是参观那座博物馆时真正有意思的地方。参观体验很好，因为为我导览的人曾在冷战时期在那里工作，其中还有一两位来自曼哈顿计划的人。那是一次很棒的导览。你会意识到，仅仅事物本身就足以让你兴奋不已。
我认为有时电影会忽略这一点：事物本身会吸引人。你不会想到整体后果。在某些方面，这就像早期的硅谷。人们只是在想：如果我们做这个呢？如果我们做那个呢？却没有持续关注外围后果。现在 AI 身上确实能看到同样的事情。我认为，刚刚发生的那场争斗给出的教训就是：一切都在全速前进。
这让我很好地过渡到你书中的另一段引文。你写到在物理学中面对崇高之物的体验，并引用了里尔克：‘因为美不过是恐惧的开端，而我们尚且能够承受它；它如此宁静地鄙弃毁灭我们，这真是奇异。’这相当强烈。我认为这也适用于核武器。
在更日常、或许更普通的层面上，我认为它也适用……这很有意思。我写这些书时发现，有些人喜欢确定性，而科学家中有许多人享受不确定性。不是说你想要不确定，而是你想解决问题；但你始终处在这样一个边缘：你非常沮丧，因为你不想不知道答案，可如果你已经知道答案，问题也就结束了。
你总是在这个边缘上，努力把事情理清楚，其中确实有令人害怕的地方。你不知道是否会有解，也不知道自己能否找到解。这不是会摧毁地球的事情，只是你在个人层面进行的工作。但当然，还有你所说的那种更大的事情，它们确实可能很危险。我从事的是理论物理，这一点我要说清楚：并不是非常危险，但有时事情最终产生的后果会比你想象的更大。
从非常实际的意义上说是危险。但当你想到暗物质的规模、它潜在引力效应的力量，以及像银河系中心黑洞这样的宇宙天体时，这难道不会仍然让人感到恐惧吗？
这也许正是我成为物理学家、或者与其他人不同的原因：在某些方面，我并不是人类的超级粉丝。在另一些方面我确实是，但如果人类就是全部，那对我来说会非常无聊。我喜欢宇宙中还有如此多事物的想法，喜欢那里有一个更大的宇宙、有许多东西等待发现，也喜欢我们并不是全部。如果我们就是一切，那不是很令人失望吗？
是啊，其他事物的完整多样性确实很有意思。
我们完全不知道那里有多少东西。我们目前知道的是能够观测到的部分，所以想到外面还有其他事物、而我们仍有待弄清它们，这令人兴奋。
让我问一个有点异想天开的问题。如果把地球上的人类、地球上的生命看成一个涌现出来的复杂性‘口袋’，它由一系列条件共同形成，又经历了达尔文式进化以及某种生命起源过程，那么你认为暗物质内部是否也可能存在某种我们看不见的、类似的复杂性‘口袋’？
这是有可能的。
化学和生物学以不同方式演化。
这正是我们提出这个设想的原因之一……虽然不是唯一原因，但如果存在我们所设想的那类相互作用，就需要更复杂的相互作用。我们不知道。我想说，孕育生命和复杂性的条件本身就很复杂，也很不容易出现。这并不是说它发生的概率很高，但也没有理由断定它不会发生。值得研究的问题是，暗物质领域中是否存在其他力？这正是——
所以，暗物质领域并不具备物理学标准模型中的所有力？
对。据我们所知，它一种都没有。它可能在某种较低层次上拥有这些力，但它也可能拥有自己的力，就像暗物质可能感受不到我们的光一样，也许它有我们无法感受的、属于它自己的光。
所以那里可能存在其他种类的力。
即使在我们自己的领域内，也可能存在其他种类的力，只是它们太微弱，迄今还没有被我们发现，或者存在于不同于我们已知的尺度上。我们只能探测那些与探测器相互作用足够强、因而能被探测到的东西。这个问题值得提出，也是我们建造大型对撞机的原因之一：看看是否存在其他力、其他粒子，比如存在于更高能量、比我们迄今探索过的更短距离尺度上的粒子。这不只涉及暗物质领域；即便在我们自己的领域，也可能有大量我们尚不知道的东西。
也许我们把视野拉远，看看粒子物理学的标准模型。暗物质如何融入其中？首先，标准模型是什么？你能解释一下吗？
粒子物理学的标准模型基本上告诉我们自然界最基本的成分及其相互作用。就我们目前的理解而言，它描述的是物质的亚结构。比如看原子，我们知道原子有原子核和电子；原子核中有质子和中子；质子和中子中有一种叫夸克的粒子，而夸克由某种叫强力的力束缚在一起。
它们通过强力，也就是强核力相互作用。此外还有弱核力和电磁力。基本上，所有这些粒子及其相互作用，描述了许许多多我们所理解的事物。这就是标准模型。现在我们知道希格斯玻色子，它与基本粒子如何获得质量有关。这个拼图部分也已经完成了。
我们还知道，基本粒子的质量呈现出奇怪的多样性。不只有上夸克和下夸克，还有质量更大的上夸克和下夸克版本：粲夸克和奇夸克、顶夸克和底夸克。不只有电子，还有 μ 子和 τ 子。还有一类叫中微子的粒子，它们现在正受到密切研究；中微子通过弱相互作用与轻子相配对。
我们确实知道这些基本成分，也知道这些力。在进行粒子物理实验时，通常甚至可以忽略引力，只有在特殊情况下才需要考虑，这些情况我们可以另外讨论。这些就是基本成分及其相互作用。
暗物质在这个体系之外，它并不通过这些力相互作用。当我们观察周围世界时，通常看不到暗物质的影响。之所以能看到一些，是因为它的数量非常多；而它又不具有我们所知道的那些力。标准模型的表现极其出色，已经经过高度精确的检验。人们仍在继续检验它。
作为物理学家，我们做的一件事实际上是希望它在某个层面失效。我们在寻找某种精密测量、某个能量，或者任何能让标准模型不再成立的条件。不是说它近似地不起作用，而是我们在寻找偏差。这些偏差至关重要，因为它们可以告诉我们标准模型的底层是什么，而那正是我们真正想进一步看到的东西。
你可以在哪里找到标准模型失效的地方？在哪些地方能看到那些极其微小的偏差？
我们还不知道，但我们知道不妨寻找哪些类型的地方。一个显而易见的地方是更高能量。我们正在观察大型强子对撞机，但希望能超越它。更高能量意味着更短距离，也意味着能够产生以前无法产生的东西。E=mc²，所以如果一个重粒子所需的能量不够，你永远看不到它。这是一个方向。
另一个方向是精密测量。标准模型已经经过极其精细的检验，所以如果它被检验到 1% 的精度，你就会想观察 0.1% 的精度。有些过程按照标准模型根本不应该发生，或者只能以受到极大抑制的程度发生；这些也是我们寻找的对象。所有这些都可能表明，存在超出我们已知范围的东西，当然会非常令人兴奋。
当你退一步看标准模型、夸克、各种不同的粒子和中微子时，这个小小的系统竟然形成并支撑着我们所见的一切，难道不疯狂吗？
当然。这正是我们想更好地理解它的原因。我们想知道，它是不是更大领域的一部分？这些粒子为什么……为什么拥有这样的质量？为什么希格斯玻色子如此之轻，相对于它本来可能拥有的质量而言；根据狭义相对论和量子力学的原理，我们甚至可能会预期它的质量更大。这是一个非常重大的问题：它们为什么会是现在这个样子？
它们是从某种机制中产生的，有某种机制创造了整个体系？
这正是我们试图研究的事情之一。它为什么会是现在这个样子？
甚至只是创造事物的机制，就像人从一个细胞发育出来的方式。那就像胚胎发生，整个过程逐步建立起这个东西。所有这一切、整个体系，竟然从某种……[听不清 00:34:47]中产生。
别忘了，它还在与环境相互作用。
当然。好，对，对，对。
这一点很重要。
这是个非常好的问题：环境在其中起多大作用？是不是环境作用于一组约束条件？其中有多少只是 DNA 中的信息，或者任何形式的信息？宇宙的初始条件起了多大作用，又有多少是其他因素在发挥作用？
这些都是重大问题，几乎每个领域都有这样的重大问题。对于宇宙，我们确实把它视为……按定义，它就是一切存在之物。但现在人们会问：它是不是许多宇宙中的一个？当然，‘许多宇宙’这个说法本身并不准确；但是否可能存在其他彼此自洽的引力系统，而我们甚至无法与它们相互作用？这些都是非常重要的问题。我们回答它们的唯一方式，就是尽可能追溯到更早的时候，进行理论思考，并思考观测后果。这就是我们能做的一切。
探索标准模型的一个有趣方式，是看看你和 Carlo Rovelli 之间那场有趣而细腻的分歧。你提到他在书中写道：‘电子并不总是存在。它们在发生相互作用时才存在；当它们与其他东西碰撞时，会在某个位置显现。’你写道……我还是把整段读出来吧，因为它很有意思。
‘股票在交易之前可能无法取得一个精确的价值，但这并不意味着在它易手之前我们无法估计它的价值。同样，电子可能没有确定的性质，但它们确实存在。的确，在位置被测量之前，电子并不像一个拥有确定位置的经典物体那样存在。但那里确实有某种东西——物理学家用波函数来描述它。’这是一个有趣而细腻的分歧。电子究竟是否一直存在？如果没有人在森林里看见，一棵树倒下时是否会发出声音？
我愿意把宇宙看成无论有没有……都在那里。如果只有在我看到或测量它们时，事物才会存在，那会非常奇怪。
这其中有很多奇怪的东西正在运作。
我可以相信中东不存在，因为我现在不在那里。这会很荒谬，我想大家都会同意。我认为，我们能把多少事情归因于自己的观察能力，是有限度的。整个系统不会因为我正在测量它就开始存在。真正奇怪的地方——这甚至不是对标准模型的分歧，而是对如何解释量子力学的分歧。
我会说，那些波函数是真实的。别忘了，粒子物理学所做的事情之一、量子场论所说的事情之一，就是电子可以被创造和湮灭。并不是宇宙中的每个电子都必须一直存在。对撞机中就会发生这种事：粒子被创造，又被湮灭；但这并不意味着，如果一个电子在原子中，它就不存在。它当然在那里，我们也知道它在那里。它的电荷在那里。
物理学是一种观察世界的方式。最底层是什么？最终的乌龟是什么？你是否觉得，存在某种我们正试图用物理学去逼近的底层实在？
我想我们总是在心里希望找到它，但我必须说……我可能看起来不是这样，但我认为自己比很多物理学家更谦逊。我不确定我们是否永远能达到那个底层，但我确实认为，我们会继续穿透不同层次，走得更远。
我只是好奇，我们离它到底还有多远。
我们都好奇。甚至‘离它多远’的衡量标准是什么？一种衡量方式是看日常生活。就日常生活而言，我们已经测量了一切。至于支撑日常生活的底层，还有更多东西等待发现。这部分取决于我们认为自己能走多远。现实的本性可能发生巨大变化，以至于连这些术语都变得不同。也许到某个时候，距离这个概念本身都会瓦解。
而且，关于我们已经测量了一切，也许还存在一些我们甚至没想过可以测量的东西。比如意识。也许存在某些东西，就像你说的那样，是看不见、探测不到的力。
这是个有意思的问题，也经常会造成混淆。存在支撑它的基本层面，还有更高层面；我们可以把后者称为某种有效理论。我们并不总是在处理……我扔一个球时，不会告诉你每个原子在哪里；我只会告诉你那里有一个球。
现实可能有不同层次，它们建立在我们已知的物质、已知的事物之上。当我说‘我们已经测量了一切’时，我是谨慎地这么说的。我的意思是，我们已经测量了有关标准模型的一切。有许多现象我们还不理解，但复杂现象往往可以用我们已知的基本成分来描述。
这确实是个有趣的问题。的确，有些现象处在更高层次、更加抽象的层级并且会涌现；但也许就意识而言，有些非常超前的人认为意识是泛心论意义上的，也就是说，意识几乎会成为一种物理学基本力，渗透在所有物质之中。
通常，当你有一个疯狂的……抱歉，当你有一个非常超前的理论时，你要做的是在现有框架中检验所有可能性，而不是直接跳到最超前的可能性。你可以这样做，但要判断它是否为真，就必须找到证据，或者证明没有它就不可能成立；而我们离这一步还非常远。
我认为，别人对你关于恐龙的理论有一个批评：如果我没记错的话，它要求暗物质比现在已经足够奇怪的样子还要更奇怪。我记得你有一个巧妙的回应。能提醒我吗？
我不确定自己还记得当时说了什么，但我们完全不知道暗物质有多奇怪。这个批评建立在每个人都以为自己知道暗物质是什么的基础上。说它比已经如此奇怪的暗物质更奇怪——它其实还没有一个既定的样子。我们不知道它是什么，所以不存在一个可以作为基准的‘正常’。
我们知道暗物质的密度会变化吗？
它在宇宙中当然会变化，就像……比如说，星系中的暗物质比星系之间的暗物质更多。它会聚集。它是物质，所以会像物质那样分布。它就是物质。
它确实会聚集，但关于它如何聚集以及聚集过程的复杂性，完整细节是怎样的……
我们已经相当了解了。人们会进行模拟……人们一直在寻找各种东西，包括我们这些粒子物理学家；在小尺度上，是否存在偏差，从而表明存在其他相互作用、其他过程，或与重子的相互作用，也就是与我们尚未理解的普通物质相互作用。但在大尺度上，我们相当了解暗物质的分布。
你最近参与了一场关于科学能否揭示现实的辩论。那么我想问，你认为科学的边界是什么？
我足够聪明，知道自己完全不知道。甚至‘科学’是什么意思也不清楚，因为有我们所从事的科学，比如粒子物理学：我们试图寻找基本事物并弄清它们的影响。还有像生物学这样的科学，在更高层次上，所提的问题不同，测量方式也不同。
在更加数值化的时代，甚至在 AI 时代，将要发生的科学是什么样？回答一个问题意味着什么？意味着我们能够预测它吗？意味着我们能够重现它吗？我认为，我们正在面对人类所说的‘科学’的定义问题。就我们能够从事的科学而言，我认为要等走到那一步才知道边界在哪里。我们正在试图解决困难的问题，也已经取得了进展。
想想过去一个世纪或一个半世纪科学取得了多大进步，这令人难以置信。20 世纪初，我们甚至不知道宇宙在膨胀；我们不知道量子力学，也不知道狭义相对论。考虑到时间相对较短，这已经非常多了，当然具体取决于你如何理解时间。我认为，现在就断言我们知道科学的边界还为时过早。
在历史的不同阶段，我们以为自己已经解决了一切，或者至少有不同的人宣称——
[听不清 00:43:20] 不同的人。正是如此。
宣称我们已经解决了一切。这也是一个很好的时机……也许你能描述一下你在书中谈到的理论物理学自上而下和自下而上方法之间的区别？
你可以尝试直接跳进去，说：我有一个完美无缺的理论，我认为它可以从头推导出一切，或者至少推导出某些显著特征。
嗯。这就是自上而下。
那就是自上而下。自下而上更像我们刚才提出的问题：质量为什么是现在这样？我们进行测量，再把它们组合起来。通常，好的方法是把两者结合起来。如果你提出一个非常具体的问题，同时结合‘可能存在某个支撑它的基本理论’这一认识，有时就能取得进展。
这个领域往往会分化成分别采用其中一种方法的人，但确实有些时候……我与比我更偏自上而下的人合作，取得了最好的一些成果；我们因此想出了一些有趣的想法，而如果我们各自单独工作，可能都不会想到这些。
你会说真正重大的飞跃发生在自上而下的方法中吗？比如爱因斯坦？
爱因斯坦一开始并不是自上而下的人。狭义相对论很大程度上来自他对……的思考。那是思想实验，但他当时主要在思考……最初关于相对论的理论，大致是关于电磁学本质的。他试图理解，为什么麦克斯韦定律在看起来具有不同于我们原先设想的对称性时，仍然能够自洽。
他非常偏自下而上，事实上很长时间都抵制自上而下。后来，当他试图建立广义相对论，或者你想怎么称呼它都可以，把引力纳入这个体系时，他需要一些反馈；这时一位数学家帮助了他。这位数学家发展出了一些微分几何方法，帮助他弄清楚该怎样把理论写出来。
在那之后，他认为自上而下才是正确方向，但实际上并没有取得太大进展。我认为，认为事情只能是二选一是很天真的。事实上，许多真正取得进展的人，都扎根于实际测量。
说到数学家，你在这两个领域都有所涉猎；在帮助我们理解世界的方式上，你认为物理学和数学有什么区别？
坦率地说，物理学和数学之间有更多重叠。我想这种重叠……也许不能说更多，但确实很多。我认为，你提出的问题类型通常不同。数学家喜欢结构本身，物理学家在一定程度上试图专注于对世界产生的后果。但两者存在大量重叠。
弦理论就是一个例子。有些理论具有某种数学上的美。
粒子物理学中还有一些非常酷的想法，你可以用它们描述正在发生的事情，并把它们与其他想法联系起来。这也非常美。我认为，洞见本身基本上可以是美的。它们可能看起来很简单，有时确实简单；有时则建立在一个必须先理解的完整体系之上。如果你把爱因斯坦方程以分量形式完整写出来，可能不会觉得它很美；但用紧凑形式写出来，看起来就很漂亮。
你怎么看弦理论的成功与失败？你认为它在多大程度上取得了成功，又在多大程度上尚未成功或已经失败？
用成功和失败来谈论任何科学，常常会错过重点，因为并不存在某个绝对标准。我确实认为，弦理论学家一开始有些过于雄心勃勃……与其说过于雄心勃勃，不如说有点过于自信，以为自己能解决许多其实无法解决的问题。
这并不是说弦理论的方法和进展不存在，但它们确实没能立刻解决原以为可以解决的所有问题。它给了我们工具，也给了我们一些洞见；但这在很大程度上变成了一个社会学问题：它应该占据多大比重，另一种方法又应该占据多大比重。
我确实认为，人可能会陷入问题本身，有时也会陷入方法，只是不断做其他例子。真正的物理学洞见往往来自同时思考物理和数学的人。
既然你提到了 AI，AI 是否有希望帮助我们找到一些有趣的洞见？换个方式问：人类能够发现关于世界的新颖洞见，我们究竟有多特殊？
这是个很好的问题，取决于你说的是什么洞见，以及我们最终会发现什么。很难思考一个尚不存在的东西，所以我可以退一步想。它有点像我试图理解四维空间，于是先回到三维空间：先去想象你能够想象的东西。
你可以从很不同的层面谈互联网。你可以问，互联网是否帮助我们完成了某些事情？在某种意义上，它确实获得了自己的生命，但我们也能够驯服它。我知道，如果互联网不存在，我自己可能没法写书，因为我不会有时间去图书馆查找所有东西。互联网极大地帮助了我。
从某种意义上说，AI 也可能如此。在一个很理想的世界里，它可以成为一种工具，帮助我们比原本走得更远，也高效得多。它在某种程度上已经做到这一点。另一方面，它也可能像互联网中那些我们能够控制、却正在破坏政治或其他事物的部分。确实有很多迹象表明它可能造成这种结果。人们还在猜测 AI 能否自行完成更大的事情，但就真正弄清楚问题而言，我们仍处在早期阶段。
是的，这里有几个方向。一个是定理证明器方向，比如 Wolfram Alpha，一切都更加精确；另一个是大型语言模型之类的系统。这些系统的局限之一，是它们似乎会编造看起来很有说服力的东西，而我们不知道那是否为真；这对物理学来说是个大问题。
大型语言模型或多或少是对我们已有事物的泛化。AI 领域仍有突破等待发生，也许它们正在发生，也许结果会很好，也许不会，但那并不完全是同一回事。在某些情况下，可能只是模式识别带来了重要结果；但有时也可能是更有洞察力的东西，只是我还无法准确说出它是什么。
它迫使我们……其实我们并不真正理解自己有多聪明，也并不真正理解自己究竟是怎样思考的。但有一点是事实：现在人类提出新东西的效率远高于计算机，而且所需能量少得多。如果计算机学会怎样做到这一点，那就会是完全不同的局面。
显然存在一些我们不知道自己是怎样建立的联系，但我们确实建立了这些联系。这会很有意思。我说我们处在早期阶段，但这个领域变化非常快。现在我不认为 AI 真正发现了新的物理定律，但未来它能做到吗？也许可以。
这会提出一些重大问题：人类有什么特殊之处，而我们自己并不完全理解？可能存在类似洞见跃迁的东西，真正新颖的想法；而这种能力可能非常难以实现。
还有这类抽象问题。另一个问题是，在一定程度上，我们如何应对 AI；AI 将怎样被用于我们所处的世界？至少我们国家的世界建立在资本主义和某种政治体系之上。全球政治会如何处理它？我们的资本主义体系会如何处理它？我们会把它用于什么事情？研究者能在多大程度上控制它，以便提出不同类型的问题？
在它刚起步时，人们做的是这类玩具问题，但它最终会被应用于什么，又会被优化来做什么？这里有许多问题，我们必须尽早开始应对。
在物理学和宇宙学中，最美的尚未解决问题是什么？如果我们能在未来几十年解开它的奥秘，哪个问题最令人兴奋？
你问的是‘最美的尚未解决问题’，还是‘我认为我们最有可能取得进展的最美的尚未解决问题’？
哦，那就说说未来几个世纪内我们能取得进展的问题。
大多数重大问题都与事物的底层有关：事物是怎样开始的，基础是什么。还有一些基本问题，比如你早先问的：科学能带我们走多远？我们能理解多少？还有我们如何来到这里、底层是什么，以及是否存在……
此外，还有一些非常深刻的问题，比如我们实际看见了整体的多少？如果存在这些其他的力，如果存在另一种观察世界的方式，是否存在超出我们自身宇宙的宇宙？如果它们完全不同，我们又要怎样理解它们？我们究竟会如何思考它们？很多问题都在要求我们超越……总是在超越有限的视野和有限的经验，尝试看清底层，无论是在小尺度还是大尺度上。
我们只是不知道答案。我希望我们能更多了解暗物质、暗能量、是否存在额外维度，以及我们实际研究的这些问题；但在我们研究范围之外，可能还有大量尚待发现的东西。
是的，理解额外维度这一部分会非常有意思。
完全如此。如果宇宙确实经历了从高维到我们所见世界的变化，那么额外维度是否到处存在？我们在物理学中做过的一件非常有趣的事情——我在第一本书《弯曲的通道》中谈到过——是发现高维空间可能只在局部存在。你认为会不会存在低维的引力？也许只有在局部，我们才认为自己生活在三维中；高维空间的表现可能不同。
那实际上不是我们拥有的引力，但宇宙中可能存在各种我们不知道的现象，也可能有各种我们不了解的演化过程和时间依赖性。当然，从粒子物理学的角度看；从其他物理学领域的角度看，我们还只是刚刚起步，所以谁知道呢？
是啊，如果物理学在宇宙各处发生变化、并不是均匀一致的，那会很奇怪。
对可观测宇宙来说，物理规律是一样的。但在可观测宇宙之外，谁知道呢？
你的职业生涯非常出色。你会给年轻人什么建议？比如高中生、大学生，怎样才能拥有一份自己引以为傲的事业，以及一种自己引以为傲的生活？
我认为，成为科学家或一般意义上的学者，有件奇怪的事：你必须非常坚定地相信自己做的事情，同时又要一直质疑它。这是一种很难保持的平衡。有时与别人合作会有所帮助，但你既要真正相信自己可能有好的想法，又要知道这些想法可能全部是错的。这条钢丝有时很难走，但你必须真正去检验它们。
另一件事是，有时如果你陷得太深，抬头一看，会觉得外面有如此多的东西。有时最好把视线带回身边，只想：好吧，我能不能提出一个和旁边的人一样好的想法，而不是非要成为有史以来最伟大的物理学家？就像你说的，现在外面有许多重大问题，这很难平衡。
有时很难忘记物理学的作用，但我认为 Wilson 的话说得很好：他们建造费米实验室时，他说，这不会保卫国家，但它会让这个国家值得保卫。其想法是，在所有这些混乱中，我们继续在这些事情上取得进展，仍然很重要。世界发生重大事件时，有时很容易忘记这一点。我认为这些事情也很重要。你不想忘掉那些大事，但要尽量保持平衡，因为我们不想失去使人类变得特殊的东西。
这就是宏观图景。你也会沉浸在解谜这种简单的快乐中吗？
§02原文文稿 · 56:29–58:55
会的。我们都喜欢解谜。事实上，推动我进行研究的一件事就是不一致之处。当事情说不通时，它真的会困扰我，我会从不同方向去看，想弄清楚这些事情怎样才能彼此契合。
它会困扰你，但也会激励你？
是的，完全如此。
直到它不再困扰你。你必须把它解决。
我想，我有一种潜在的信念，相信事物应该是有道理的；尽管世界以许多方式向你袭来，告诉你一切都不该有道理，但如果你相信它有道理，并寻找底层逻辑，我认为这对一切事情都是很好的建议：试着找到它为什么会是这样。
我在第二本书《敲开天堂之门》中大量谈到有效理论。与其提出宏大问题，有时我们只问关于眼前可测量事物的问题；正如我所说，我们有时可以判断自己会失败，但我们可以建立这些有效理论。有时我认为，面对宏大问题时，从有效理论的角度出发是很好的。为什么我会觉得这令人满足？我们所处的世界为什么会是现在这样？
我们认为自己所生活的事物很美。如果我们拥有不同的感官，或以不同方式看待事物，我不确定我们是否仍会认为它们美丽。但我必须说，无论我看过多少次日落，我总会觉得它很美。我不认为自己会看到一次日落，然后觉得它只是普通的什么东西；它总是美的。
有些事物显然会引起人类的共鸣，但也许是因为我们以这种方式进化而来。不过那是关于我们自身的。至于理解宇宙，我们已经走得如此之远，实在令人惊叹。我们发现了许多许多奇妙的事物，但外面还有更多，我希望我们有机会继续前进。
借助有效理论，一次迈出一小步，继续解开谜团。
同时心怀宏大问题，但一次只迈出一小步。正是如此。
是啊，仰望星空。你刚才说到日落。对我来说，还有日落、日出，以及仰望星星。想知道外面究竟有什么，也对人类最终会弄清楚这一切抱有很大的希望。
没错。我喜欢这个想法。
Lisa，谢谢你成为世界上那些推动人类前进、破解我们美丽谜题的人之一，也谢谢你今天来和我交谈。这太棒了。
谢谢你邀请我来。
感谢大家收听我与 Lisa Randall 的这段对话。请查看简介中的赞助商来支持节目。现在，让我用 Albert Einstein 的几句话结束节目：重要的是不要停止提问。好奇心自有其存在的理由。感谢收听，希望下次再见。