有一個問題，堪稱是20世紀科學界的「聖杯」，一個多世紀以來，人類最聰明的頭腦在這個問題上，基本全軍覆沒。

今年是愛因斯坦誕辰140周年，8月份，老闆特許，讓科學迷·技術宅·阿信去上海溜達了一趟，在「天才相對論——愛因斯坦的異想世界特展」上，遠遠見到了久仰的物理學大神——楊振寧先生。

這是阿信有生以來離神最近的一次，激動……

在目前的國內科學界，能夠真正挺直腰板說「我的同事愛因斯坦」的，除了楊振寧先生以外，應該別無他人了吧。

不過根據楊振寧先生現場的演講，愛因斯坦德語口音很重，而當時年輕的他又很緊張，所以也沒太聽懂大神都說了些什麼。never mind……

今年，除了這次回顧自己與愛因斯坦的過往以外，楊振寧先生還有一番言論也同樣引起了大家激烈的爭論，那就是：

2019年4月29日下午，在中國科學院大學「明德講堂」上，物理學家楊振寧先生說高能物理「盛宴已過」，第二次在公開場合反對中國建設大型對撞機，再次引發強烈爭議。

物理學盛宴已過？！要知道，20世紀，人類幾乎所有的重大理論突破和神級天才，可都是集中在物理學領域的啊。

楊振寧先生作為20世紀物理學殿堂級的物理學家之一，卻選擇對當代最前沿的物理學研究方向不再信任，難道在我們這個時代，天才真的再也沒有用武之地了麼？

要弄清楚這個問題，就需要我們回溯這場盛宴，其中有一個關鍵問題，折磨了人類最智慧的頭腦100多年之久，一直無解，而且至今都還看不到勝利的曙光，這個問題就是——統一場論，或者說我們熟知的萬物至理（the Theory of Everything）。

從物理學的兩朵烏雲，到黃金時代的愛因斯坦

這就要從19世紀的最後一天說起……

當時的物理學家們一致認為，物理學發展到19世紀末，已經臻至完美，只不過它的萬里晴空上飄了「兩朵烏雲」而已，anyway，那都不算事兒，反正是已經沒什麼好研究的了。

但沒成想，這兩朵烏雲，其實是兩顆重磅核彈，把他們的整座經典物理學大廈炸得片瓦不留。

引爆第一顆核彈的是個悶悶的德國物理學家——馬克思·普朗克。

1900年12月，他正式提出了能量量子化的假說，量子力學的序幕正式開啟。

普朗克提出了「普朗克常數」，他的假說簡單點說就是：能量是被分成一份一份的、存在最小單位的。這個假設在當時的物理學界看來簡直就屬於腦子有問題的類型，因為能量是連續不斷的這個定論早已經像真理一樣被烙印在每一個人心中。

所以難怪，普朗克，這位頭髮梳得一絲不亂的老派普魯士紳士死活都不肯接受量子力學創始人的殊榮。

普朗克骨子裡是一個保守而且中規中矩的人，他完全沒有意識到他的理論所帶來革命性影響，他認為這只不過是「一個純公式的假說，我其實並沒有為此思考很多。」他還是一個勁兒地希望把他的理論塞進經典物理學的框框之中去。

這麼大的大旗，發起人居然不肯扛，於是，天不怕地不怕的愛因斯坦在1905年，撿起了接力棒，提出了「光量子假說」，也成功躋身進入了量子力學的奠基人的序列之中。

愛因斯坦認為，在空間傳播的光也不是連續的，而是一份一份的，每一份叫一個光量子，簡稱光子。愛因斯坦憑藉這一理論獲得了諾貝爾物理學獎，圖為普朗克在1922年為愛因斯坦頒發諾貝爾獎章。

你以為這就算完了？同年，愛因斯坦還憑一己之力，親自引爆了另外一顆核彈——相對論的前奏，狹義相對論。

用一句話概括狹義相對論，那就是：光速在任何恆動架構里恆為常數。這個定理表面上看並不顯眼，但卻是人類智識的最偉大成就之一。

在隨後的補充性論文中，愛因斯坦得出了那個著名的公式：

E ＝ mc²

從而一舉推翻了十九世紀的兩大物理髮現：質量守恆和能量守恆。

儘管普朗克一直在幫愛因斯坦踩剎車，苦口婆心地勸他不要做相對論這種費力不討好的研究，但在被普朗克邀請加入普魯士科學院後的1915年，愛因斯坦在付出了極大的代價之後，終於將狹義相對論推廣至非慣性系在內的一切參考系，創立了廣義相對論。

除了思想保守，普朗克身上強烈的普魯士愛國「傳統」也導致了他最後的悲劇人生。儘管與愛因斯坦並稱為20世紀物理學的「雙峰」、是愛因斯坦的伯樂，但納粹上台後，他選擇服從於國家權威，並公開表示「對於愛因斯坦的離職，沒有理由感到惋惜」。愛因斯坦與普朗克就此決裂。

可以說，摧毀經典物理學體系並建立了20世紀嶄新物理學體系的兩顆核彈，愛因斯坦親自引爆了一個半。相對論和量子力學構成了20世紀物理學大廈的兩大支柱，物理學迎來了「諸神」的黃金時代。

但愛因斯坦對此並不滿意，在他自己看來，廣義相對論只不過是他研究的「副產物」而已，而量子力學更是讓他憂心忡忡。

其中最著名的就是海森伯測不準定理，這個聽起來就不怎麼靠譜的定理，讓愛因斯坦十分抓狂，於是，他說出了那句著名的——「上帝不擲骰子」：

你信仰擲骰子的上帝，我卻信仰客觀存在的世界中的完備定律和秩序。……量子力學……這個理論說得很多，但是一點也沒有真正使我們更加接近「上帝」的秘密。我無論如何深信上帝不是在擲骰子。

——愛因斯坦1926年12月4日寫給玻恩的信

理論物理學家馬克斯·玻恩（Max Born），愛因斯坦好友，海森伯正是玻恩的學生，因提出量子力學的統計解釋而獲得1954年的諾貝爾獎。

關於海森伯，愛因斯坦還曾吐槽過：「海森伯-狄拉克的理論我固然欽佩，但是我卻聞不出真理的氣味。」

而玻爾也毫不客氣，1930年第六屆索爾維會議期間，他指名道姓地回答道：

「愛因斯坦，不要告訴上帝怎麼做」。

（科學男神們要是撕起來，也是毫不含糊的）

終其一生，玻爾對於愛因斯坦相當敬重，吵歸吵，1922年，玻爾獲得了當年的諾貝爾物理學獎，而這一年，諾貝爾委員會決定同時授予（補發）愛因斯坦1921年的諾貝爾物理學獎。玻爾隨即向愛因斯坦恭賀道：得知我在您之後獲獎，是一件十分榮幸的事。

由此，愛因斯坦和玻爾這對好友，在學術上針對海森伯的測不準關係和玻爾的互補原理開始了一段長達30年的論戰。（但事實證明，測不準原理卻是半個世紀以來最經得起任何實驗挑戰的一個定理，至今，還沒有任何一個實驗結果違背了這一條定理。）

愛因斯坦覺得，人類的科學應該建立在堅固的理論基石之上，萬物皆有規律，「測不準」只會讓科學建立在不牢固的沙灘之上，推一推就倒。

於是，1933年，從德國入籍美國開始，愛因斯坦在人生中的最後30年，幾乎都在下定決心只做一件事情。

就像中國人說的「萬法歸一」那樣，愛因斯坦希望建立一個理論，把廣義相對論和電動力學結合起來，以期能同時解釋粒子和量子效應。他也希望能以此來克服那些令他非常不滿意的量子力學的缺陷，而這就是「統一場論」。

1955年4月，愛因斯坦去世後，記者所拍攝的愛因斯坦在普林斯頓高等研究院的辦公桌，仿佛愛因斯坦只是中途離開散步去了而已。

這種思想實際上超前了同時代的人好幾十年，也折磨了後世的物理學家們近一個世紀。

可以說，是愛因斯坦親自開啟了折磨天才的「魔咒」……

從不擲骰子的上帝，到楊振寧的「左撇子」上帝

讀到這裡，你可能會認為，「統一」、「相對論」和「量子力學」，這些關鍵詞已經遠遠超出了正常人智商的理解範疇，我們有必要了解那麼多麼？

那麼阿信就把它們說得更功利一點，「統一場論」、「大統一理論」或者說「萬物至理」，其實就是要將四種自然力：萬有引力、電磁力、強核力、弱核力統一到一起。

理論上宇宙間所有現象，都可以用這四種作用力來解釋。有啥用呢？

如果我們回看人類掌握「力」的歷史，人類誕生的99.99%時間裡，只能掌握雙手的力量，而當我們發現萬有引力定律、麥克斯韋方程和相對論之後，人類今天的力量已經足以摧毀整個地球。

一旦人類將所有的作用力整合成一個作用力，人類能夠改變時空的結構，了解宇宙萬物的來龍去脈，讓物質變得井然有序。任意地組合與改變粒子，製造出前所未有的物質形態。我們甚至能左右空間的維度數，成為宇宙的主宰。

在愛因斯坦逝世30年後，統一場論變成了理論物理學的熱點。焦點就在於物理學家們當時還並不完全了解的兩種自然力——強核力和弱核力。

這一部分的故事，我們要從1956年夏天的一場「賭局」開始。

那是在美國召開的一場非常重要的粒子物理學會議——羅徹斯特會議，當時的物理學巨頭費曼和蓋爾曼就宇稱是否守恆這一問題進行了反覆的思考，並為此設了「賭局」，參會的物理學家們基本都下了注。

理察·費曼，20世紀後半葉最負盛名的物理學家之一，年僅24歲就加入美國原子彈研究項目小組，參與秘密研製原子彈項目「曼哈頓計劃」，被認為是愛因斯坦之後最睿智的理論物理學家，1965年諾貝爾物理學獎獲得者。

費曼絕頂聰明，性格乖張，據說他喜歡去脫衣舞酒吧畫畫、解方程，一生花邊新聞不斷。

其中就包括，當時還被稱為「青年物理學家」的楊振寧，他告訴費曼，他和他的同事李政道早就已經開始研究這個問題了，只不過沒有得到任何結論而已。

楊振寧和費曼在一起。關於這場賭局，國內有人說成是費曼和楊振寧兩個人的打賭，從實際情況來看，他們是把這句話傳走樣了。楊振寧後來評價評價費曼：「他是一個幾乎任何事情都與眾不同的人。」可以說很委婉了。

在這之後不久，這兩個中國年輕人回到芝加哥，帶著勇氣和過人的學術膽量，發現了宇稱不守恆定律。

問題來了，「宇稱」是啥？如果我們將「左」和「右」這兩個字的含義對換過來，自然界的性質不發生改變，那麼這之中就存在一個守恆的量，我們稱這個量為「宇稱」。或者我們可以簡單地理解為照鏡子，如果鏡里鏡外都是一致的，那就是宇稱守恆。

楊振寧和李政道發現，事實上，宇稱是不守恆的，上帝並不是一個「弱左撇子」，而是個「強左撇子」。僅僅一年之後，諾貝爾物理學獎就被授予了這兩個年輕物理學家，此時，愛因斯坦剛剛過世兩年。

事實上，費曼距離發現弱相互作用違反宇稱守恆僅僅一步之遙，他提出了這個問題、引起了整個物理學界的爭論和思考，卻沒有跟進，讓人有點不可理解。從費曼的性格上，其實不難發現背後的原委，費曼不是一個能夠老老實實坐著研究物理學文獻的人，而這卻是楊振寧和李政道所有工作的基礎。

而在此之前的1954年，楊振寧還發表了一個沒有被物理學界看中的理論：楊—Mills規範場論（即非阿貝爾規範場論）。到1970年代，楊－Mills規範場論已經可以解開所有核子物質的秘密，可以解釋有關於次原子粒子的任何實驗數據。

在主宰世界的4種基本相互作用中，弱電相互作用和強相互作用都由楊—Mills理論描述，而描述引力的愛因斯坦的廣義相對論也與楊—Mills理論有類似之處。楊振寧稱此為「對稱支配力量」。楊—Mills理論是20世紀後半葉偉大的物理成就，楊—Mills方程與Maxwell方程、Einstein方程共同具有極其重要的歷史地位。

至此，量子力學經過50年的發展，成功整合了四種自然作用力的三種：強作用力＋弱作用力＋電磁力。但是，包括楊振寧本人在內的許多科學家都認為，標準模型一定不是最終的大一統理論，主要原因是該模型並不包括「萬有引力」。

從霍金到加來道雄

那麼「大一統理論」在人類的整個知識金字塔中處於什麼樣的位置呢？

如果我們從美劇《生活大爆炸》來看的話，就會明白為什麼謝耳朵在全劇中都有種俯瞰眾生的智商優越感，唯一能讓謝耳朵俯首帖耳的活人只有一個——那就是紅色問號中的霍金。

霍金將物理學視為最高學科，他說：「對我而言，生物學似乎太描述性了，並且不夠基本。它在學校中的地位相當低。最聰明的孩子學數學和物理，不太聰明的學生物學。」

霍金的主要研究領域是宇宙論和黑洞，他證明了廣義相對論的奇性定理和黑洞面積定理，提出了黑洞蒸發理論和無邊界的霍金宇宙模型，在統一20世紀物理學的兩大基礎理論——相對論和量子力學方面走出了重要一步。

所以，從霍金的最有名的那本《時間簡史》中，我們能讀到霍金筆下那種為宇宙立傳、解釋宇宙中一切事物和原理的底氣，最後一張直接就叫「物理學的統一」。

每當霍金對有沒有上帝、宇宙中有沒有外星生命、我們應該如何與外星人打交道等等這樣一些像是科幻電影編劇才抒發的情感高談闊論時，請不要懷疑，這些問題正是涵蓋在他的研究領域之內的。

而霍金好的搭檔，曾經和他合著《時間簡史（普及版）》的理論物理學家蒙洛迪諾，則在科幻這個問題上做得更加徹底。

蒙洛迪諾帶著6000美元去了好萊塢去為《星際航行：下一代》寫劇本，和史匹柏開發電腦遊戲……不過期間他居然還有力氣從事理論物理學研究，在娛樂圈變得大紅大紫的時候，還能在頂級學術期刊《物理學評論A》上一連發表4篇論文。

除了霍金和蒙洛迪諾之外，還有我們耳熟能詳的另外一位「文體兩開花」的大咖，他無數次出現在各種紀錄片中——加來道雄，他也在和霍金從事著同樣的研究工作。

加來道雄教授所研究的領域，也處於金字塔尖的那個紅色問號之中，他是超弦理論的奠基人之一，從他的這句——「我的同事霍金」，我們就可以知道他在理論物理學界的地位了。

自從8歲那年，第一次知道了愛因斯坦後，加來道雄便沉迷於物理的世界之中不可自拔，到高中時，他已經閱讀完了所有關於「統一場論」的文獻資料，16歲就親自動手造出了一台核粒子加速器，並獲得氫彈之父愛德華·特勒的推薦，入讀哈佛大學。

按照加來道雄的超弦理論，粒子並非是宇宙的基本元素，物理定律就相當於琴弦的合音定律。弦論博大精深，可以解釋所有的自然基本定律。

簡言之, 如果把宇宙看作是由宇宙弦組成的大海，那麼基本粒子就像是水中的泡沫, 它們不斷在產生, 也不斷在湮滅。我們現實的物質世界, 其實是宇宙弦演奏的一曲壯麗的交響樂。弦，是能夠儲存大量數據的最精簡的方式之一。

超弦理論，以及在其基礎上發展起來的弦場理論，統合了所有的自然律和作用力，菲爾茲獎章（諾貝爾獎沒有設立數學獎，菲爾茲是數學界的最高獎項）獲得者威藤說：「所有物理學上的偉大思想，都是超弦理論的副產品。」

「原本我們認為構成物質的粒子並不存在，存在的只是弦在超級空間中的運動。」「各種不同的粒子只不過是弦的不同震動模式而已。」「自然界所發生的一切相互作用包括物質和能量，都可以用弦的分裂和結合來理解。」

由加來道雄教授參與構建的超弦理論，被認為是解開百年前愛因斯坦百思不得其解的 「萬物至理」（theory of everything）的一把重要鑰匙。

而這正是楊振寧對於中國物理學界未來發展的期望，他認為目前中國的高能物理將資金傾斜到大型對撞機上的做法是不合時宜的，未來弦理論才是我們的著力方向。

但是，超弦理論已經超越我們人類的現實技術太遠了，以至於，我們要去驗證加來道雄的理論是否正確，還需要很多年的時間。

舉個例子來說，1915年愛因斯坦就在廣義相對論中預言了黑洞，而直到2019年4月人類才首次拍攝到了黑洞的照片。可以說，我們的理論和技術之間，現在隔了一個難以逾越的沙漠，不管我們怎麼努力，當下都很難跨越。

所以，看到這裡，也不難理解為什麼楊振寧先生會反對我們花費巨額投入來建大型對撞機。

回顧科技史，我們會發現，很多技術和理論的突破，都需要建立在人類基於時間和技術循序漸進的積累之上，這種鴻溝不是我們當下通過繁巨的投入就可以跨越的。

但這並不是說理論物理學就真的再無用武之地。通過霍金和加來道雄這樣頂級的物理學家們致力於構建構建大一統理論的努力，物理學正在逐步拆除和突破學科間的壁壘：

物理學家傑弗里·韋斯特在《規模》一書中開始運用物理學原理和數學方法分析生物、城市和公司的成長與規律問題。

理論物理學家列納德·蒙洛迪諾在《彈性》和《思維簡史》中，通過梳理科學發展史，探討我們思維的發展脈絡。

理論物理學家和天體生物學家保羅·戴維斯在《生命與新物理學》中則將生物學、化學、信息科學、數學、哲學和量子力學融合在一起，用全新視角探究生命的本質。

物理學大一統理論的影響，甚至已經超出了物理學範疇的本身，啟發了愛德華·威爾遜寫出了為人類所有知識構建統一理論的《知識大融通》……

「統一場論」，作為科學理論界的「聖杯」，正下滲到知識的各個領域，幫助我們重新闡釋萬物。

參考文獻：

[1]加來道雄,《Hypersapce》.

[2]布萊恩,《The Elegant Universe》.

[3]丘成桐,《The Shape of Inner Space》.

[4]《如何評價楊振寧先生在國科大現場交流中與年輕研究生的討論？》,知乎.

[5]方在慶，《一個真實的愛因斯坦》，北京大學出版社.

[6]《物理學的憂傷》,量子學派.

物理天才新著系列