牛顿论、还原论和国会论证的艺术

2.牛顿论、还原论和国会论证的艺术

1987年恰逢牛顿的《自然哲学的数学原理》（Principia）这部伟大著作出版300周年，在这部著作中牛顿提出了他的运动学和引力理论。这次300周年庆祝活动自然会选在剑桥大学举行，牛顿曾就读于该校，而后又担任卢卡斯数学教授。举行庆典之时，我女儿正在剑桥做1986～1987学年的研究工作，我已告诉我那里的所有朋友，1986年和1987年这两年我将乐于接受到剑桥访问的任何邀请。我被正式邀请在1987年6月的《原理》庆典上讲话，这就是那次的讲话，后来发表在《自然》（Nature）上。

在那段时间里，我花费了大量时间为建造超导超级对撞机这台超大型的基本粒子物理学的研究设备而论证。（这并非是得克萨斯的地方主义，当时还没决定把这台超级对撞机建在得克萨斯。）对我来说，由这台超级对撞机计划带来的除了实用问题、政治问题和经济问题所有这些问题之外，还有哲学问题。在基本粒子实验室中所做的这种物理学研究的重要意义主要起源于一种还原论的世界观：我们所要寻找的那些基本原理，能使其他所有的科学原理从原则上讲都能由那些基本原理推导出来。牛顿可能是提出这个目标的第一个人，而且他比任何一位科学家都更多地向人们表明如何实现这一目标，因此还原论看起来是我这次讲话的一个自然的话题。这次讲话中的部分内容后来又用于我1992年《终极理论之梦》一书，并做了扩充。1993年美国国会取消了超导超级对撞机计划，可是这项工作却仍在日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）的一台与之类似却小一些的加速器上进行。而且，有关支持纯科学研究这样的问题仍会在未来的一段时间内继续存在。

需要做一点更正。在讲话中我引用了开尔文勋爵（Lord Kelvin）在1900年前后说的话：“现在的物理学中已不会再有什么新的发现，所剩之事只是测量精度的不断提高而已。”我是在一次物理会议上一位好朋友讲稿的一页幻灯片上见过这种引用的。写《终极理论之梦》时，我本想从开尔文的传记或是他的选集中找到这段引言，但未能如愿。最后我向朋友问及此事，他告诉我引用的只是他在很多年前所听到的认为是开尔文所说的话。关于物理学中已不会再有什么新的发现这一点，现在我也不清楚开尔文实际上说的是什么，或许实际上他根本就什么也没说。

我今天下午的讲话主要是关于科学哲学，而不是科学本身。在某种程度上讲这个话题并不是我的特长，而且我想，一般来讲对在职科学家都是如此。我曾听到过这样的评论（尽管我已记不得该评论出自何处），科学哲学对科学家的用处就像鸟类学对鸟的用处一样。

可是，恰恰就在此时，在美国出现了一个问题，这个问题直到进入21世纪仍会影响物理学的研究方向，我认为在很大程度上其关键还是个哲学问题。今年1月30日美国政府在华盛顿宣布，已经决定建造用于基本粒子物理学的新的大型加速器——超导超级对撞机，或简称为SSC。这里“大型”的含义是其周长为53英里（1英里=1.6093千米）。这个周长是由要把质子加速到能量为2×1013电子伏这种需要决定的。在这个环中将有两束相向而行的质子束，它们在许多交叉区域会彼此对撞。束流强度是这样设计的：其比率定为大约每秒发生一次碰撞，而碰撞能产生人们感兴趣的过程。从所有这些设计参数得出了下限参数：1986年预算其支出达44亿美元。

要建造这样一台加速器的主要理由是，它将开创一个我们尚未能够研究的高能的新王国。这就好像天文学家开始用新的波长研究天空，或是固体物理学家在温度上每降低一个量级时往往会产生戏剧性的新发现一样，当粒子加速器的能量每提高一个量级时，我们通常会发现令人兴奋的新物理。这往往是建造新加速器的根本理由。偶尔地，我们还能指出在某台特定的新加速器上可以预期的具体发现。30多年前建于伯克利的高能质子同步稳相加速器（Bevatron）就是这方面的一个例子，当时在那台加速器上首次能产生质量为109电子伏的粒子。Bevatron是按照能够产生反质子来设计的，实际上它开始运行不久就做到了这一点。在那台加速器上，这并不是所完成的唯一的令人激动的工作。非常意外的是大批新型粒子的发现，这导致我们的所谓基本粒子的概念发生了变化。不过，在策划建造Bevatron之时，好在事先知道至少可以指望能做出一项重大发现。

现在对SSC来讲也确实如此。只要希格斯粒子不太重，所设计的SSC就能发现这种粒子。如果希格斯粒子过重的话，那么SSC就会发现其他一些同样有趣的东西。

让我来把这些说法进一步解释一下。正如你可能听说过的，自然力的统一有种确定的方法。这种统一禀承了这样的思想，即各种力之间的对称性，特别是弱核力和电磁力的对称性是自发破缺的。也就是说，尽管理论的基本方程具有某种对称性，但它并不出现在可观察的物理状态上。我们所知道的这些力，即普通的强核力、弱核力和电磁力，是不可能自发破缺的；因此，在自然界中必定存在一种新的力来负责对称性破缺，就像在超导体中负责在电子间发射声波的那种众所周知的力那样。我们并不确切地知道这种新的力是什么。这种力的最简单的图像是，它与一种新型的基本粒子（即希格斯粒子）有关系。

现在，我们不能肯定那就真的是电弱对称性破缺的正确的力学图像，而且我们也不能确切地知道希格斯粒子的质量。如果它的质量不超过8.5×1011电子伏，SSC就能发现它，当然，前提是它要存在。然而，SSC［这是从查诺威茨（Michael Chanowitz）[1]讲演中借用的一个词］是个万无一失的计划，这是因为，如果希格斯粒子并不存在，或是它的重量超过8.5×1011电子伏，那么在传递弱核力的粒子间就必定有强相互作用，也就能被SSC发现。这些强相互作用将会揭示出在弱相互作用与电磁相互作用之间的自发对称性破缺的本质。

到目前为止国会还尚未决定是否授权建造这台加速器并为之拨款。国会两院的两个委员会，即众议院的空间科学与技术委员会和参议院的能源与自然资源委员会的能源研究与发展分委会都宣布，从今年4月7日起开始听取有关SSC的意见。在3月份，也就是在听证会之前一个月，曾要求我为此论证。我必须承认，我发现这比邀请本身更可怕。一段时间以来，我积极地投身于建造SSC的事务，这段时间对我来说简直是一场噩梦，我会被叫到某个审理委员会面前，听一种严厉的语气质问为什么寻找希格斯粒子值得花44亿美元。而且，以前我也只在国会为此论证过一次。我并不认为自己在会议论证技巧方面是个能手。

要建造的下一台加速器应该是SSC，实际在这一点上美国粒子物理学家的意见相当一致。（正如我所说的，建造它的目的并不局限于寻找希格斯粒子，这只不过是一个目标而已，更重要的是开辟一个新的能区。）可是美国其他物理学家对SSC极为反对。我认为这可能是美国物理学家遇到过的最有分歧的问题[2]。我相信在英国也有个类似的论战，不是关于建造某个SSC，而是关于英国是否该继续留在CERN这个欧洲物理研究联合体之中，我猜测在这个问题上并非所有英国科学家的意见都一致。

我知道在华盛顿的听证会上将有两位大人物会强烈地反对SSC的推进。一位将会是菲利普·安德森（Philip Anderson），众所周知，在诸如超导这种凝聚态物质的性质研究方面，他是世界领先的物理学家之一。多年以来，安德森一直反对在高能物理学上花大钱。另一位论证人是克鲁汉斯尔（James Krumhansl），他也是著名的固体物理学家。我刚上康内尔大学时，正是他教过我物理学，而且，我认为更重要的是，他被选定为后年的美国物理学会主席。

我知道菲利普·安德森和克鲁汉斯尔都会反对SSC，而且他们会提出一些我根本就不会同意的论点。特别是，我认为他们会提出，不管是叫基本粒子物理学还是叫高能物理学，在这些方面所花的钱不能肯定会像在凝聚态物理学或其他方面花同样多的钱那样产生直接的技术进步。我也不得不同意这一点（尽管我会更强调意想不到的发现和副产品的益处）。我估计他们也会争辩说，基本粒子物理学并不比诸如凝聚态物理学等其他物理学领域更具有理智的深度。这一点我也会同意。实际上我们已经看到，在过去的这几十年中，在基本粒子物理学和凝聚态物理学之间的一些想法曾互通有无。我们粒子物理学家从凝聚态物理学家那里学到了对称性破缺；他们从我们这里学到了所谓重正化群的数学方法。而且现在我们都在共同谈论一种称为共形量子场论的一类物理学理论（我不知道是谁从谁那里学的）。可是有一点很清楚，凝聚态物理学并不比基本粒子物理学缺乏数学深度。

要在基本粒子物理学上花大钱，还应该以不同的方式找理由。至少要部分地基于这样一种思想，即粒子物理学（此处插一句话，我应该说在“粒子物理学”之内还包括了量子场论、广义相对论以及天体物理学和宇宙学等相关领域）在某种意义上讲比其他物理学更基本。这一点已经被菲利普·安德森和克鲁汉斯尔以及其他大多数SSC的反对者或多或少地在他们的论证中加以直言不讳地否定。我不知道该怎样回避这个问题而为SSC的建造找理由。可这是个危险的辩论。这会激怒其他科学领域中我们的朋友。让我举个自我引用的例子吧，因为接下来我要引用一些对我的论述的评论。

1974年，在称为量子色动力学的强核力理论成功的基础上，现在的基本粒子的标准模型形成了它的最终形式，不久我为《科学美国人》（Scientific American）写了一篇题为“基本粒子相互作用的统一理论”（Unified Theories of Elementary Particle Interactions）的文章[3]。只是为了给该文开篇，我用了如下一些老生常谈：“人们持久的希望之一就是，找到几条简单而普遍的规律，来解释具有其所有表面的复杂性和多样性的自然为什么会如此。此时此刻我们所能得出的最接近自然的统一的观点是按照基本粒子及其相互作用来描述的。”其实我并不打算由此提出什么重要的观点；这只不过是一种说法而已［比如，爱因斯坦（Einstein）就说过：“对物理学家最终的考验就是要找到那些宇宙的基本规律，从这些基本规律可以通过纯粹的推导来构建整个宇宙”］。10年后，麻省理工学院出版社请我为一本书审稿，这本书是不同科学家的文集。在书稿中，我发现了哈佛大学的我的一位朋友迈尔（Ernst Mayr）的一篇文章[4]，他是我们这个时代最杰出的生物学家之一。我发现他引用了我在《科学美国人》上的文章中的评论，并以此作为“物理学家们的思维方式的一个可怕的例子”。他把我称作“一个不折不扣的还原论者”。

现在我强烈地感觉到在我和迈尔之间并没有真正的分歧，实际上我们只是彼此有些言辞过激，我们应该尽力明了，在这一点上我们的一致远远超过我们的分歧。我不认为自己是个不折不扣的还原论者。我认为我是个折衷的还原论者。我愿意努力阐述基本粒子物理学如何比其他物理学领域更为基本，尽量用一种我们能达成共识的方式来减少分歧。

让我首先从一些题外话开始。此处回过头来看一看迈尔更多的作品是有益的，因为实际上，在生物学中与在普通的科学中一样，他也是个还原论倾向的领头的反对者。1982年他写了一本名为《生物学思想的发展》（The Growth of Biological Thought）的书[5]，书中就有对还原论的众所周知的攻击，所以我读了这本书，看一看迈尔所认为的还原论到底是什么，按他的观点，看我到底该不该认为自己是个还原论者。

迈尔所反对的第一种还原论，他称之为“理论还原论”。尽我所能的理解它是这样一种观点，即其他科学最终会失去自主权而全部被纳入基本粒子物理学；它们都会被视为仅仅是基本粒子物理学的一些分支而已。

现在我当然不相信这种观点。且不说生物学，即使在物理学本身，我们当然不会盼望热力学和流体动力学作为一门独立的科学而消失；我们甚至不会想像它们会还原为分子物理学，更不会是基本粒子物理学。毕竟，即使你知道水分子的所有知识，而且你有一台足够好的计算机能够跟踪一杯水中每个水分子的空间运动，你也只能得到一大堆计算机的磁带。你怎么能从那么一大堆计算机磁带中认清水的诸如速度、湍流、熵和温度这些你所感兴趣的性质呢？

在哲学文献中有个词叫突现（emergence），常用于描述这样的事，即当有机体的层次逐递升高时，突现的新概念务必要根据所在层次的情形来理解。菲利普·安德森于1972年在《科学》上发表了一篇题为“从量变到质变”（More Is Different）的有趣的文章[6]，他对此简洁地进行了概括。

迈尔把另一种还原论称做“解释的还原论”。就我所理解它的意思是，在最小的层次（即基本粒子物理学层次）上的进展，势必促进诸如流体动力学和凝聚态物理学等其他科学取得进展。

我也不相信这种说法。我认为我们可能知道我们需要知道的用于诸如固体物理学家和生物学家的所有有关基本粒子物理学的知识。迈尔在他的书[7]中提出了一个令我惊讶的观点（可我假定那是真实的；对这点他所知道的比我多很多），即使是DNA的发现对遗传学这门遗传科学也没有很多实际价值。迈尔写道：“在经典遗传理论中的许多黑箱的化学本质确实被DNA、RNA和其他发现所填补，可是这并不会以任何方式影响遗传学的本质。”

任何一种观点我都不同意，可是在我看来，迈尔，还有菲利普·安德森和克鲁汉斯尔等物理学家以及其他人，他们对还原论的攻击都没有切中要害。实际上，我们都知道，“基本”的意思有不同的层次。比如，甚至是菲利普·安德森[8]他也称DNA为“生命的秘密”。我们确实都感到DNA对生物学是基本的。这并不是说，必须要用它来解释遗传学，当然也不必用它来解释人类的行为，可DNA仍然是基本的。那么，DNA的发现对生物学是基本的，这是什么意思呢？粒子物理学对所有学科都是基本的，这又有什么含义呢？

已经用了足够长的篇幅说了些题外话，现在我要说我真正要说的东西了。可此处我不打算说你们全然不知的新东西。我要做的事恰恰相反：想明辨一些我们都能认可的东西。

在科学的所有分支中，我们都力图去发现关于自然的概括性的东西，而且发现之后我们总是会问为什么它们是真实的。我不是指为什么我们相信它们是真实的，而是指为什么它们就是真实的。自然为什么会是如此方式呢？我们回答这个问题时，答案中总是包含一部分意外情况，也就是说，答案中一些是我们所提出的这个问题的本质，而另一些则是其他概括性的东西。而且，因此也存在一种科学的方向观念，即认为一些概括性的东西是借助其他东西来“诠释的”。

举个和《原理》300周年纪念庆典有关的例子：开普勒对行星运动进行了概括，牛顿对引力和力学规律进行了概括。从历史角度看，无疑首先是开普勒，然后是牛顿，还有哈雷（Edmund Halley）和雷恩（Christopher Wren）以及其他人，从开普勒定律可以推导出引力的平方反比定律。从形式逻辑看，由于开普勒定律和牛顿定律二者都是真实的，其中的任一个都可以说含有另一个的意思。（毕竟，在数理逻辑中，“A暗指B”这种叙述就表示永远不会出现A真B非真的情况，只要A和B二者实际上都是真的，那么你就可以说A暗指B而且B暗指A。）

然而，撇开形式逻辑和历史因素不讲，我们直觉地认为牛顿的运动学定律和引力定律比开普勒的行星运动定律更为基本。我不清楚我这种提法的确切含义；可能是由于牛顿定律更有普遍性，而在这一点上也很难说准确。可是，当我们说牛顿定律“解释”了开普勒定律的时候，我们就都明白这句话的意思。也许我们可以借助职业哲学家来使叙述的含义变得准确，可是我其实想搞清楚的是对宇宙存在方式的叙述，而不是对物理学家行为方式的叙述。同样，我们在处理流体或多体系统的问题时，即使出现“突现”这种新概念，我们也能由微观物理学原理很好地理解流体动力学和热力学是什么。没有人认为只在原子物理学的基础上而不借助创造性的新的科学思想就能理解相变和混沌现象（举两个克鲁汉斯尔曾引用过的例子），可是，有人怀疑真实的物质是因构成物质的粒子的性质才呈现出这些现象吗？

试图把握“解释”这个使人困惑的概念时的另一个复杂之点是，“解释”这个概念常常只是从原则上讲的。如果知道牛顿的运动学定律和引力的平方反比定律，你就能推导出开普勒定律，这并不难。另一方面，我们也可以说化学行为，分子的化学行为方式，可以用量子力学和库仑定律来解释，可是我们并不会真的用这种方法去推导极其复杂的分子的化学行为。我们会在简单分子中这么做；我们可以通过求解被称为薛定谔方程的基本量子力学方程来解释两个氢原子相互作用而形成一个氢分子的方式，而且这些方法也可以推广到相当大的分子中，可是我们不能通过求解薛定谔方程而导出DNA的化学行为。在这种情况下，我们至少可以回过来再强调，尽管实际上我们并不会从量子力学和电吸引的库仑定律来计算这种复杂分子的化学行为，但只要愿意，我们也可以这么做。我们有种算法（即变分原理），能让我们计算化学中的任何东西，只要我们有一台足够大的计算机，而且愿意等待足够长的时间就行。

对于核的行为，“解释”一词的含义就更不明确了。没有人知道如何从量子色动力学计算铁原子核的光谱，或是裂变时铀核的行为方式。我们甚至连一种算法也没有；即使有令人不可思议的最大的计算机，再加上你想要的足够多的机时，目前我们也不知道该如何进行这种计算。然而，我们中的大多数人都确信量子色动力学确实解释了原子核的行为方式。我们说它“从原则上”解释了这一点，可是我实际上难以确定我们这种说法的含义。

而且，不同的科学概括有各自的解释，基于这种直觉的想法，我们有种科学上的方向感。科学解释有箭头，这种箭头从空间上贯穿了所有的科学概括。已经发现了许多这样的箭头，现在我们看看已出现的形式，就会发现一件值得标榜的事情：也许这是所有科学发现中最伟大的一项。这些箭头似乎会聚于一个共同的来源！就像是一个使人不愉快的孩子，从科学中的任何一个地方介入，而且还不停地问着“为什么？”最终，你会追究这个非常小的层次。

到20世纪20年代中期，解释的箭头已行进到了电子、光子、原子核的量子力学的层次，而且引力的经典理论在某种程度上已站到了旁边的角落里。到了70年代，我们达到了更深的层次，即夸克、轻子和规范玻色子这些粒子的量子场论，我们称之为标准模型，而引力在某种程度上还是孤立的，由不尽如人意的引力的量子场论来描述。我们中的许多人认为，下一步是尚在建立之中的超弦理论。虽然我是这个领域的后来者，可我承认我对此充满热情。我认为这为超越标准模型迈出下一步给了我们最好的希望。

正如我所描述的，用箭头的会聚点这个词语来解释，现在还原论不是关于科学计划的一个事实，而是关于自然的一个事实。我设想，如果必须要为它起个名字，那我就称它为客观还原论（object reductionism）。这可不是不言而喻的话。特别是，这些解释的箭头可能指向许多不同的来源。我认为直到最近仍然有必要强调，大多数科学家认为确实如此。解释的箭头指向一个共同的来源，这一发现非常新颖。（在对本次讲演的早一些的文稿的评论中，迈尔告诉我，我说的“客观还原论”就是他的“理论还原论”所表达的意思。也许是这样，可是我宁可把这两个术语分开，因为我希望强调，此处我所说的并不是人类科学事业的未来组织，而是自然本身内在的一种秩序。）

为了强调这一点，我愿意举出一些直到进入20世纪很久后仍然存在的一些观点相反的例子。首先是生物学的生机论，这种学说认为常规的物理学和化学法则在应用于有生命的有机体时需要加以修正。人们可能认为这种学说可能早在19世纪随着有机化学和进化生物学的兴起而不复存在。可是，4月在伦敦举行的薛定谔（Schrödinger）100周年诞辰纪念会上，佩鲁茨（Max Perutz）在讲话中提醒我们，玻尔（Niels Bohr）和薛定谔两人都相信20世纪20年代和30年代所理解的物理学定律对了解生命体还远远不够[9]。佩鲁茨解释说，困扰了薛定谔的生命的秩序（orderliness of life）的难题，由于对酶的催化作用的理解方面的进展而得以解决。迈尔在他的书中小心地否认任何附属于生机论的东西，他写道：“每位生物学家都充分意识到这样的事实，即分子生物学已经明确证明了有生命的有机体中的任何过程都可以用物理学和化学的方式加以解释。”（顺便说一句，迈尔所用的“解释”这个词和我这里所说的意思完全相同。）

第二个例子是，开尔文勋爵于1900年前后在英国科学促进协会的一次讲话中说：“现在的物理学中已不会再有什么新的发现，所剩之事只是测量精度的不断提高而已。”迈克耳孙（Albert Michelson）也有类似的评论常被人引用[10]。开尔文和迈克耳孙的这些评论常作为科学上盲目自满的例子而被引用。可我认为这是由于对开尔文和迈克耳孙的原意的曲解而造成的。我猜测开尔文和迈克耳孙做这些奇怪陈述的原因是，他们对物理学是什么只有种很窄的思路。按照他们的想法，物理学的主要事情是运动、电、磁、光和热，而不包括其他许多东西。他们觉得那种物理学已快到尽头了，而在某种意义上的确如此。开尔文在1900年不可能已经考虑到物理学已经解释了化学的行为。他没想到这些，可是他也不认为这是物理学的一项任务。他认为物理学和化学在基本性方面是同一层次上的科学。现在我们并不这么看，可是，在不久之前物理学家们确实都是这么看的。

我曾说过，这些解释的箭头可能会导致许多独立的学科。它们也可能会兜圈子。这只是一种可能性。在物理学家和宇宙学家中还有种尚未完全消亡的学说，这就是“人存原理”，根据这一学说，有一些自然常量除非通过观测，否则它们的值是令人费解的，如果这些常量取其他值，那么宇宙就会大不相同，科学家们也就不可能在这里问他们的问题。如果人存原理的这种版本是真实的，就会在自然里建立一种循环，那么我猜想人们就会说解释的箭头在兜圈子，而没有一个基本的层次。我认为大多数物理学家会把人存原理看作不抱希望的最后一着，只有在我们始终无法用纯微观方式解释自然常量和自然的其他性质之时才会借助于它。我们只能拭目以待。

现在，虽然我们所称的客观还原论只是在相对来说的最近（在20世纪20年代量子力学发展之后）才成为普遍的科学理解的一部分，但其根源却可以追溯到牛顿（还有其他什么人呢？）。牛顿第一个揭示了对自然全面而又量化的理解的这种可能性。在他之前的其他人，从泰勒斯（Thales）到笛卡尔（Descartes），他们都试图对自然做出全面的论述，可是他们谁也没能接受用综合的物理理论解释实际的定量观察的这种挑战。

我不知道牛顿在什么地方明确地提出了这种还原论的方案。我能找到的最接近这种意思的叙述是他在1686年5月写的《原理》第一版序言中的评论。牛顿说：“我希望我们能用同一种推理方法从力学原理（我猜想他是指《原理》中所指的）推导出自然的其余现象，因为有许多理由诱导我猜测，它们可能都取决于一些确定的力。”牛顿揭示了对自然的全面而又量化的理解的这种可能性，在这方面也许最富有戏剧性的例子就是《原理》第3卷中所描述的，在其中牛顿推论，月球离地球中心的距离比剑桥（任一个剑桥）离地球中心的距离远60倍，因此月球对地球的向心加速度应该是剑桥的一个苹果的重力加速度的60的平方分之一，即1/3600。借助这种讨论，牛顿把天体力学与下落果实的测量用一种方式统一起来。我认为用这种方式第一次显示了数学推理的巨大威力。它不仅解释了像行星在轨道上运动这种理想系统，而且最终解释了所有的东西。

再说一些题外话。由于谈到牛顿，还谈到SSC（这是“大科学”的一个重要例子），我忍不住要提到牛顿本人也涉及到大科学[11]。1710年，作为皇家学会主席，牛顿受命于皇家掌管位于英格兰的全国最大的科学实验室的天文台，格林尼治天文台。他还通过军械部的长官负责监督科学仪器的修理，这和军队是种有趣的联系。

存在着许多空缺，当然在我所谓的解释的链条上也许总会有许多空缺。科学史上伟大的时刻就是当这些空缺被填补之时，比如当达尔文和华莱士用他们的适者生存理论解释在没有持续的外部干涉的条件下有生命的东西如何能进化。可仍然存在着空缺。

而且，有时解释的箭头指向何方也并不是那么明确。这里有个例子，是个小例子，却困扰了我许多年。从数学上我们知道，作为爱因斯坦广义相对论的一个结果，应该存在极化的引力波，而且因此当量子化时，引力理论中应该有质量为零的粒子，绕其运动方向的自旋为2（单位是普朗克常量）。而另一方面，我们也知道，任何质量为零、自旋为2的粒子，其行为必定如爱因斯坦广义相对论中所描述的那样。问题是，究竟哪一个是另一个的解释呢？哪一个更基本呢？是广义相对论还是存在的质量为零、自旋为2的粒子呢？许多年来思考这个问题时我一直在犹豫。在现在这段时间，在弦理论中，引力子具有零质量且其自旋为2，这个事实看起来是弦理论的对称性的直接结果。引力是由非欧几里得几何学和广义相对论所描述的，这一事实从某种程度上讲是间接的事实。它仍然是以一种比较神秘的方式出现的。可我不知道这是否是最终的答案。我提到这个例子只不过是要说明，虽然我们并不总是知道哪些真理更为基本，但这仍是值得问的一个问题，因为这是个关于自然的逻辑秩序的问题。

我相信到目前为止，客观还原论，即作为自然的解释箭头会聚的一种陈述的还原论，在科学家中，不仅是在物理学家中，也包括在像迈尔这样的生物学家中，仍然是根深蒂固的。让我举个例子吧。这是引用自1858年欧文（Richard Owen）为英国协会所做的校长致辞[12]。欧文是个解剖学家，通常被视为他那个时代中最杰出的一位，而且他是达尔文的一个主要对手。在致辞中欧文讲道：“也许古生物学的研究最重要也最有意义的结果就是建立了注定形成生物的持续作用的原理。”我不太清楚欧文所说的原理究竟确切指什么。可是在我看来，现在没有哪位生物学家会做这样的论述，即使他或是她知道这个原理的含义，因为现在没有哪位生物学家会满足于一个并不能想像出会在更基本的层次上能对生物行为作出解释的原理。更基本的层次想必是物理学和化学的层次，以及地球有几十亿年的年龄这种偶然性。在这种意义上，如今我们全都是还原论者。

现在，这些见解本身并不能解决SSC是否值得花44亿美元这个问题。实际上，是把44亿美元花在SSC上还是用于其他科研领域，如果要我们简单地做出选择，这可能是个棘手的问题。不过，我认为我们所面临的好像并不是这样的选择。很明显，“大科学”的开销会使其他科学的开支有增大的趋势，而不是与之相反。我们并不真正知道SSC将以什么来争取资金。无论如何，在此我并不是要解决是否应该花44亿美元来建造SSC的问题，这是个复杂的问题，需要许多方面的论证。在此我所要讨论的是，在各种科学家为申请公共资助而出具他们的证明时，比如实用价值、副产品等等，对基本粒子物理学而言有种特殊的证明应该予以考虑并郑重对待，那就是基本粒子物理学是在比其他物理学领域更靠近解释的箭头之源的层次上研究自然。可你们应该为此定多少权重呢？那是鉴赏力和判断力的问题，我没有受雇对此下最后的结论。可是，我愿意加一些砝码来支持SSC。

我已经提到过，解释的箭头似乎指向同一个源头，而在我们的基本粒子物理学的工作中，我们认为我们正在接近那个源头。在当今的基本粒子物理学领域中有线索表明，我们现在不仅处在我们可望马上到达的那种最深的层次，而且我们所处的层次实际上说得绝对一些已相当深入，可能已接近最终的源头。在此我想再次引用我本人在国会论证中所用的话，因为接下来我还要引用对我的这些话的一些评论，我希望你们能了解这些评论所针对的东西：

有理由相信，在基本粒子物理学中，我们正在从非常非常深的层次上来了解关于宇宙的逻辑结构的一些东西。我这么讲的理由是，随着我们用越来越高的能量来研究越来越小的结构，我们发现，用来描述我们所了解的东西的那些定律、那些物理学原理变得越来越简单。我并不是说数学变得更容易了，诸位都知道那是不会的。我也不是说我们发现的粒子总会使基本粒子单子上的粒子数越来越少。我所要说的是，我们所发现的规律正变得日益和谐和统一。我们开始觉得这不是偶然的，在物理学历史中，并不是我们此时所选来研究的某些具体问题具有偶然性，而是有种简单性，是一种美，我们从法则中所发现的是主宰着能反映出那些在非常深的层次上已构筑到宇宙的逻辑结构中去的事物的规律。我认为，这种发现，就像当今文明世界中流行的某些东西一样，未来的人，不仅是物理学家，而是所有的男人和女人，都会充满敬意地加以回顾。

我做完这些论述，其他论证人也做了一些评论，接着是空间科学与技术委员会的一些成员提问。我在此引用其中两个人的评论。第一位是法韦尔（Harris W.Fawell），他是来自伊利诺伊州的共和党国会议员。法韦尔在整个提问过程中基本上是支持SSC的。第二位是宾夕法尼亚的众议院议员里特（Don Ritter），他也是共和党人，在整个上午他是最反对SSC的国会议员。［我猜想你会把这看做是现代的萨尔维亚蒂（Salviati）与辛普利西奥（Simplicio）之间的对话。］我此处是引自未发表的讲话稿。

法韦尔先生：非常感谢！我感谢各位所做的论证。我认为论证非常精彩。如果一旦我想要充分的理由来解释为什么需要SSC，我相信我会用到你们的论证的，这会很有用处。但愿某个时候我们能用一个词说行或是不行。我猜想也许温伯格博士你更接近一些，我虽然没把握却记下来了。你说你猜测存在主宰事物的法则这并非纯属偶然，我也草草记下了，这能使我们找到上帝吗？我相信你并没有这么讲，可是那真的会使我们对宇宙的认识增加那么多吗？

里特先生：众议员会同意那件事吗？（那是议员们彼此谈论的事。）如果众议员此刻同意，我会说……

法韦尔先生：我不能肯定我会怎样。

里特先生：如果这台机器能做到，我会改变观点去支持它。

在这种对话进行的过程中，我想到了许多能使SSC取胜的绝妙的主意。然而，等到里特先生做他最后的评论时，我决定还是保持沉默。朋友们，这就是我所学到的国会论证的艺术。

致谢

在准备剑桥的讲演以及将它整理成文的过程中，与霍尔顿（G.Holton）、马克（H.Mark）、迈尔和门德尔松（E.Mendelsohn）的谈话使我受益匪浅，谨向他们表示感谢。我还要感谢克鲁汉斯尔、戈德瓦塞尔（E.L.Goldwasser）、迈尔、佩鲁茨和沃吉基（S.Wojicki）对此文的早期版本的有益的评论。