02 万有理论

杰弗里·韦斯特（Geoffrey West）

理论物理学家，圣塔菲研究所前所长及特聘教授。

真的存在万有理论吗？等等，先别急着回答。当我们提到某人的研究领域是万有理论的时候，总觉得有些傲慢和天真的意味在里面。万有理论既含蓄精深又有些夸张，任何对它的质疑都很可能是费力不讨好。我肯定不是第一个被它困扰的人，但不管怎样，我们都要直面它。虽然万有理论存在的时间并不长，也许只是昙花一现，也许已经无疾而终，但“万有理论”这个词本身（当然不包括与此相关的研究工作），还是应该坚决彻底地从严肃的科学文献中剔除出去。

在此请容许我详细阐述原因。超越狭义的、特定的问题和学科界限，追寻广义的、共性的规律、思想及理念，一直是科学及科学家们获得灵感的伟大驱动力。可以说，这也是现代人的一个特征。尽管不大贴切，但也许这种双名法的命名方式本身就以某种诗化的方法说明了这点。就好比在各显神通的众神中有一个无所不能的上帝一样，就如同在所有启示中总结出来一个大的启示一样：我们能够从整个宇宙中概括出一些为数不多的规律，也就是一整套的数学公式。但同时，潜在的误导性及理智上的危险性也同样存在。

在科学领域中，最经典的“大整合”莫过于牛顿定律，它使我们认识到，任何天体运行的法则和地球运行的法则没什么不同；麦克斯韦（Maxwell）对电和磁的整合，将“以太”短暂地带进了我们的世界；达尔文的自然选择理论则提醒我们，自己终究只是动物及植物界的一员；热力学定律又告诉我们，任何事物最终都将走向毁灭。所有的这些理论都有深远的意义，它们不仅改变了我们认识世界的方式，也为科技进步奠定了基础，而正是这种科技进步使我们可以享受越来越好的生活。然而，这些理论都有不同程度的不完整。实际上，科学家还在探究这些理论的适用边界及限制条件，并且继续寻找例外、特例或者失败的情况，这些行为已经引出了更加深入的问题和挑战，从而激励着科学不断进步，各种新思潮、新技术、新概念也层出不穷。

科学界面临的最大挑战之一是寻找“大统一理论”（Grand Unification Theory），将基本粒子及它们之间的相互作用整合起来，并扩展到理解宇宙的概念及时空的起源。这样一种理论应该会建立在一套简洁、通用的数学公理之上，这些公理可以整合并解释自然界中包括万有引力、电磁力、弱作用力和强作用力在内的各种基本力，还可以解释牛顿定律、量子力学及广义相对论等内容。所有的基本物理量，如光速、时空的维度和基本粒子的质量，在理论上都可以被预测。宇宙的起源及演变，星系的形成及其超越，都可以从方程中推演出来，所有这一切构成了万有理论。为此，数以千计的研究人员奋斗了超过50年的时间，耗费了数十亿美金。这是多么令人瞩目而又野心勃勃的探索。不管从什么角度去评估，虽然离终极目标还相当遥远，人们还是取得了巨大的成功，例如，夸克和希格斯玻色子的发现，黑洞理论及宇宙大爆炸理论的形成，量子色动力学（Quantum Chromo-dynamics, QCD）及弦理论的奠基等。当然，还有许多诺贝尔奖项。

但是关于“大统一”的问题还很难说。那么生命，动物和细胞，大脑和意识，城市和企业，爱和恨又能在哪里找到答案呢？我们在地球上亲眼目睹的这些非凡的多样性及复杂性是从何而来的呢？一个为了省事的答案是，有了万有理论里包含的那些相互作用及变化，所有这一切都会自然而然地产生。时间随着弦的几何构型和变化演进；宇宙暴胀、冷却；世界的层级结构，从夸克到核子，到原子、分子、细胞，到大脑，直到情感，以及其他所有的一切，该来的都滚滚而来了。我们只需把方程式和计算方法弄得复杂一点，这个目的就达到了，而且基本上总能得到足够的精度。这就仿佛是在古希腊戏剧中，关键时刻总会有人转动舞台边的曲柄，然后出现一位解围之神，将难题解决一样。不能说，这种极端简化的方法没有什么作用，但总给人一种茫然若失的感觉。

那么究竟“丢失了什么”呢？想想复杂自适应系统所包含的方面吧——信息、紧急情况、意外事件、历史的偶然性、自适应性、选择性，无论是有机体、社会、生态系统还是经济，这些复杂的系统都由无数相互独立的因素组成，即便我们清楚地知道其下层组件之间如何相互作用，也很难预测其总体特征（特别是在细节上）。万有理论遵循牛顿范式，而实际上，一个复杂自适应系统的结构体系是无法用寥寥几个方程式来描述的。即使有无数个方程式，可能也做不到这一点！另外很重要的一点是，从原则上来讲，对任意级别体系精度的预测本身就是不可能的。

万有理论或许有些虚无缥缈，但结论的确令人叹为观止：从宏观角度来说，探究宇宙的性质（包括起源及演进）的过程非常艰辛，但结果解释起来却异常简单明了，只需要有限的几个方程式就解决了。最后，只需要一个理论就够了。这与我们在地球上遇到的情况形成了鲜明对比，在地球上，我们每时每刻都在经历着宇宙中最多样、最复杂、最纷繁的现象，为了理解这些现象，我们需要用到大量新创的、甚至无法用数学语言描述的概念。因为大统一理论整合了自然界的基本作用力，我们为此而欢呼雀跃，但别天真地以为这个理论真的可以预测和解释万物。一个针对复杂性的大统一理论同样重要，切忌顾此失彼；这将是一个量化的、分析性的、原则性的、有预测能力的框架，对21世纪而言，必将是一个巨大的挑战。任何“大整合”的使命都是永无止境的，但那些名垂青史、甚至是革命性的新思想、新概念、新技术也必定将在这个波澜壮阔的过程中脱颖而出。