▲ Philip W. Anderson

1977年诺贝尔物理学奖获得者

为20世纪的物理学撰写一篇哲学意义上的概述是一项相当吓人的任务。在此我想先谈谈贯穿本世纪物理学的两个相关论题。

飞离“常识”

第一个论题是我们的自然观的完全逆转，比我们意料到的要更加深入和广泛。

Maxwell，一个十九世纪物理学家的典范，在讨论自己为电磁辐射写下的方程时，是相当严肃地把讨论建立在某种‘以太’里出现的、能携带电磁波的物理实体的基础上的。在其“奇迹年”1905年，Einstein发现了以太的物理非现实性，但仍然使用非常实在的、经典的‘米尺’和‘时钟’和‘观察者’这样的词汇表述他的狭义相对论。在晚年，爱因斯坦在某种意义上信仰直接感知之世界的真实性和首要性，信仰如他，Albert Einstein，所见到的那样的空间和时间。我将表明，一个物理学“进步的世纪”（1932年芝加哥世界博览会的主题词）的结果是，如果一个理论物理学家在1990年代还这样想的话，那他完全可以不必把自己个人太当回事。

一次又一次地，以许多种且是相当完全结构化了的方式，我们被引导到如下结论：“我们所见的”不是那里存在的真实。

我认为，历史上此一革命开始于Rutherford关于有核原子的发现。固体被发现不是均匀地携带其质量，而是大部分中空的。这不久就为X射线衍射所证实。但是我们关于世界之认知的伟大扭曲是由量子力学引起的——对大多数物理学家来说这仍是一个精神上需要治愈的错位。第一个麻烦是人所周知且得到广泛讨论的测量理论以及不确定性原理。但是，尽管不是那么明显，同样重要的是认识到真空是有性质的：如1940年代后期实验——在一场至今还吸引我们注意力的关于自然的平静的第二次思维革命中进行的——所验证的那样，它充满涨落，能够为从其中通过的粒子所感受到。这也许跟测量理论一样，让Einstein爱因斯坦在哲学上茫然不知所措: 有性质的真空如何是相对论不变的？凝聚态物理学家，那时叫“干固体的人”，接受了有性质的真空这一思想并开始摆弄它。利用Landau的‘元激发’概念以及Heisenberg和Peierls‘空穴’概念，固体物质获得了真空的面目：激发态如同基本粒子那样传播，除了它们自身之间的相互作用以外没有其它的相互作用。我们处理晶格的量子理论时，把晶格本身当作是某种真空。不久，南部，而后又有Goldstone、Ward、Salam和Weinberg，反用此思想，发明了‘对称性破缺’的场论版，即也许存在不仅包含涨落而且可能还包含实在的物理量（这种场合下是量子场）有限平均值这样的真空。这留给物理真空的场论一个与关于真实真空背后的真实理论完全不同的对称性。但在我们能够构造出关于基本粒子和相互作用的成功的“标准模型”之前，一个反直觉的步骤仍然是必要的。这就是量子色动力学非Abel规范的引入，而这又一次使得强相互作用背后的物理同直接的测量完全不同了。当然，从这些巧妙的步骤可得到极大的简单性和一般性，因为只有一种方程，方程里相互作用和对称性都是等价的。标准模型的基本前提是所有的相互作用都遵循规范原理。不清楚我们在二十一世纪走向更高能量时是否还会找到物理概念结构的更大变动。现在已经有一种严肃的提议了，认为真实的理论不是关于粒子的，而是关于弦的，且没有明确的统计。

演生作为上帝原理

这段简短的深入哲学结构的愉快之旅告诉我们物理定律的结构无论如何不再可以认定是对应于我们关于世界的直接体验的。用哲学词汇来说是‘在所有层面上演生’；从常识得来的关于空间、时间和物质的性质不是其背后理论结构的‘真正’性质。当我们逐渐理解它们的时候我们认识到了这一点。这让物理学同常识日益疏远，一种对科学家和公众都可能产生灾难性后果的疏远。物理学初学者在被教导要用Newton的直觉替代Aristotele的常识所遭遇到的相对简单和平凡的对想象之扭曲，同此一直接体验与物理学家关于它的基础理论概念之间的断裂相比起来，简直不值得一提。近代物理学离世俗男女已经非常遥远了。

第二个论题是演生（emergency）的过程实质上是在所有层面上二十世纪物理学结构的关键。

这一事实已经被Sylvan Schweber在一篇发表在1993年11月份的《今日物理》(Physics Today)杂志上的富有洞见的文章加以强调。对称性破缺，一种演生的性质，包括1970年代Kadanoff，Widom，Fisher和Wilson曾分类整理过的对称性改变的相变，以及铁磁性和反铁磁性的对称性破缺，还有关键的超流（O.Penrose, Onsager和Feynman）与超导（Bardeen-Cooper-Schriffer ,P W Anderson和Gor’kov）的规范对称性破缺,也是固体（近日称为‘凝聚态’）物理的中心概念，它展示了宏观尺度上的量子困境。

演生也被逐渐理解为生物界和我们人类的社会世界从物理的背景得以发生的过程。若作为活体物质中演化的复杂性之源泉，十九世纪的‘热寂说’和‘活力说’看起来不是对不可避免的生命出现（至少是在地球上）——先是原始形态，而后通过形态发生，随着复杂程度的增加达致意识、交流、以及演生出社会复杂性——的合适的描述。

二十世纪科学的基本哲学洞见是：我们观察的任何事物都是从更原始的层级上演生出来的，这里用的是‘emergent’这个词的精确意思，是指遵从更原始层面的定律，但概念上却不是来自那个层面的结果。分子生物学不违反化学定律，但它包含了不是（或许不能够）从那些定律直接推导的思想；核物理学被认为同量子色动力学并无矛盾，但它仍未被还原为量子色动力学，等等。

这一层次结构在上述Schweber的文章中被很好地阐述，该文又广泛引用了作者早先（1967－71年间）的一篇文章。他的结论，如同我的结论一样，是指标准模型那样或者化学键的定律等结构在哲学上断开了还原主义的链条，且使得深入探究更深层次的基础定律对于高层次上的组织变得毫不关联. Schweber 的文章可看作是对关于超导超级对撞机（SSC）以及其它主导本世纪最后十年的大型科学工程之哲学辩论的贡献，是对Weinberg的《终极理论之梦》和Lederman的《上帝粒子》的反驳。这两本书表达了一股对还原主义之重要性和关联性的强烈信仰。我觉得这看起来有效地表明了在每一个层次上演生这一‘上帝原理’，同任何可能的代表在朝向更简单更抽象的关于亚原子粒子内部动力学规律之还原过程中的猜想里程碑的‘上帝粒子’相比，更加充斥我们对宇宙的理解。

提及关于超级超导对撞机的辩论是改变话题转而检视物理世界之实用的和社会学的状态的合适机会，因为这场辩论及其产出看起来成了被新闻界称为‘物理学时代的终结’之事件状态的符号。

【延伸阅读】

我们有足够的理由赞美20世纪物理学

讲述20世纪物理学值得大书特书的故事

本文由刘四旦摘编自(美)布朗(Brown, L.M.)等编、刘寄星等译《20 世纪物理学(第3 卷)》（北京：科学出版社, 2016.8）一书，“第27章  对二十世纪物理学的省思：散文三篇”中Philip.Anderson撰写的 《二十世纪物理学的历史概述》一文，标题为编者所加。全文目录如下：

▌导言

▌飞离“常识”

▌演生作为上帝原理

▌前半世纪与第二次世界大战：物理学的胜利

▌大科学时代

▌‘小科学’的繁荣

▌小科学的饱和：荣誉的结束

▌总结性评述

ISBN 978-7-03-047635-7

20 世纪是物理学的世纪, 物理学在20 世纪取得了突破性的进展, 改变了世界以及世界和人们对世界的认识。《20 世纪物理学》是由英国物理学会、美国物理学会组织发起, 由各个领域的知名学者（有很多是相关领域的奠基者、诺贝尔奖获得者）执笔撰写, 系统总结20 世纪物理学进展的宏篇巨著, 其内容涵盖了物理学各个分支学科和相关的应用领域。全书共分3 卷27 章, 最后一章为3 位物理学大家对20 世纪物理学的综合思考和对新世纪物理学的展望。本书可供物理学科研工作者、教师、物理学相关专业的研究生、高年级本科生, 以及对物理学感兴趣的人员使用。

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