罗杰·彭罗斯拥有巨大的自我,这很容易被原谅。作为一位理论家,他的名字将永远与霍金和爱因斯坦等巨匠联系在一起,彭罗斯对物理学、数学和几何学做出了基本贡献。他重新解释了广义相对论,以证明黑洞可以由垂死的恒星形成。他发明了扭子理论——一种观察时空结构的新方法——从而使我们对引力的本质有了更深入的理解。他发现了一个卓越的几何形式家族,后来被称为彭罗斯密铺。他甚至兼职担任大脑研究员,提出了一种引人注目的理论,即意识源于量子力学过程。而且,他还写了一系列内容极易阅读、畅销的科普书籍。
然而,现年78岁的彭罗斯——目前是牛津大学数学研究所的荣誉教授——似乎过着一个刚刚开始职业生涯的研究员的谦逊生活。他的小办公室里塞满了与他共用办公室的其他六位教授的物品,一天结束时,你可能会发现他急匆匆地去学校接他9岁的儿子。他怀着一个仍在努力出人头地的男人的好奇心,孜孜不倦地研究着广泛而基本的问题:宇宙是如何开始的?是否存在更高维度的空间和时间?理论物理学目前的主流理论——弦理论——真的有意义吗?
然而,由于一生都在进行复杂的计算,彭罗斯比一般的初级科学家拥有更多的视角。他坚持认为,为了弄清所有事情的真相,物理学家必须强迫自己解决所有谜题中最伟大的一个:支配基本粒子的规则与支配那些由这些粒子组成的大物体(比如我们)的规则之间的关系。在与《发现》特约编辑苏珊·克鲁格林斯基的谈话中,彭罗斯毫不犹豫地质疑了现代物理学的核心信条,包括弦理论和量子力学。彭罗斯认为,除非物理学家能够超越当今不成熟理论的盲目干扰,看到我们所生活的现实的最深层,否则他们永远无法掌握宇宙的宏大理论。
问:你出身于一个多姿多彩、成就斐然的家庭,是吗?
答:我的哥哥是一位杰出的理论物理学家,英国皇家学会会员。我的弟弟最终获得了10次英国国际象棋冠军,这是一个纪录。我的父亲来自一个贵格会家庭。他的父亲是一位职业艺术家,擅长肖像画——非常传统,有很多宗教题材。这个家庭非常严格。我想我们甚至不被允许读小说,周日肯定不行。我的父亲是四个兄弟之一,他们都非常擅长艺术。其中一位在艺术界很有名,罗兰爵士。他是伦敦当代艺术学院的联合创始人。我父亲本人是一位人类遗传学家,因证明年长的母亲更容易生出唐氏综合征的孩子而受到认可,但他有很多科学兴趣。
问:你父亲对你的思想有何影响?
答:我父亲最重要的特点是,他的工作和他的爱好之间没有任何界限。这对我产生了影响。他会为他的孩子和孙子们制作拼图和玩具。他以前在后院有一个小棚子,用他的小脚踏锯切割木头。我记得他曾经制作过一个有大约12个不同滑块的计算尺,上面有各种我们可以以复杂方式组合的字符。后来他一生中花了大量时间制作可以自我复制的木制模型——现在人们称之为人工生命。这些是简单的装置,当连接在一起时,会导致其他部分以相同的方式连接在一起。他坐在他的木棚里,切割了大量这样的木头。
问:那么我猜你父亲帮助你发现了彭罗斯密铺,即可以拼接在一起形成具有五边形对称性的实体表面的重复形状。
答:这有点傻。我记得我大概9岁的时候问他,是否可以将正六边形拼在一起,使其像球体一样圆。他说:“不,不,你不能那样做,但你可以用五边形做。”这让我很惊讶。他向我展示了如何制作多面体,所以我开始研究这个。
问:彭罗斯密铺有用还是仅仅美观?
答:我对这些瓷砖的兴趣在于,一个宇宙由非常简单的力量控制,尽管我们处处看到复杂性。这些瓷砖遵循传统规则来制作复杂的图案。这是一种尝试,看看复杂性如何通过反映我们所见世界的非常简单的规则来满足。
问:艺术家M. C. 埃舍尔曾受你的几何发明影响。那是个怎样的故事?
答:我在剑桥读研究生二年级时,参加了在阿姆斯特丹举行的国际数学家大会。我记得在那里看到一位我很熟悉的讲师,他手里拿着一本目录。封面上是埃舍尔的画作《昼与夜》,就是那幅鸟儿向相反方向飞行的画。一边是夜景,一边是日景。我记得被它迷住了,我问他是在哪里得到的。他说:“哦,有一个你可能会感兴趣的埃舍尔艺术家的展览。”于是我去了,被这些非常奇特美妙的东西深深吸引,我以前从未见过类似的东西。我决定尝试自己画一些不可能的场景,于是想出了这种被称为“三杆”的东西。它是一个看起来像三维物体的三角形,但实际上它不可能真的在三维空间中存在。我把它给我父亲看,他设计了一些不可能的建筑和东西。然后我们在《英国心理学杂志》上发表了一篇关于这方面的文章,并鸣谢了埃舍尔。
问:埃舍尔看到了那篇文章并受到启发了吗?
答:他使用了文章中的两样东西。一个是三杆,用在他的平版画《瀑布》中。另一个是我父亲研究和设计的“不可能的楼梯”。埃舍尔在《上升与下降》中使用了它,描绘了僧侣们在楼梯上不停地转圈。我见过埃舍尔一次,我给了他一些能够形成重复图案的瓷砖,但必须将12块拼在一起才能形成。他照做了,然后写信问我是怎么做到的——它的基础是什么?于是我给他看了一种鸟的形状,它能做到这一点,他把它融入到我相信是他创作的最后一幅画中,名为《鬼魂》。
问:你小时候数学不好是真的吗?
答:我简直慢得令人难以置信。我在加拿大住过一段时间,大约六年,在战争期间。我八岁的时候,坐在教室里,我们必须非常快地进行心算,或者在我看来是非常快。我总是跟不上。而那位不太喜欢我的老师,就把我降级了。有一位相当有洞察力的老师,在我这些测试考得非常糟糕之后,他决定进行不限时测试。你可以想做多久就做多久。我们都考一样的试。我被允许用接下来的整个课时继续做,那是玩耍时间。每个人都在外面玩得很开心,而我却在努力做这些测试。即便如此,有时还会拖到再往后的课时。所以我至少比其他人慢两倍。最终我还是会做得很好。你看,如果我能那样做,我就会得到非常高的分数。

罗杰·彭罗斯
问:你曾将量子物理学在现实世界中的应用称为“胡说八道”。你反对的理由是什么?
答:量子力学是一个令人难以置信的理论,它解释了以前无法解释的各种事物,从原子的稳定性开始。但是当你接受量子力学(在宏观世界中)的怪异性时,你就必须放弃我们从爱因斯坦那里所了解的时空概念。这里最大的怪异之处在于它毫无意义。如果你遵循这些规则,你就会得出一些根本不正确的东西。
问:在量子力学中,一个物体可以同时存在于多种状态,这听起来很疯狂。对世界的量子描述似乎与我们所体验到的世界完全相反。
答:这根本不合理,原因很简单。你看,量子力学的数学包含两个部分。一个是量子系统的演化,这由薛定谔方程极其精确地描述。该方程告诉你:如果你现在知道系统的状态,你可以计算出它在10分钟后的状态。然而,量子力学还有第二个部分——当你想要进行测量时发生的事情。你不再得到一个单一的答案,而是使用方程计算出某些结果的概率。结果并没有说:“这就是世界正在做的事情。”相反,它们只是描述了世界做任何一件事的概率。这个方程应该以完全确定性的方式描述世界,但它没有。
问:创造该方程的埃尔温·薛定谔被认为是天才。他肯定意识到了这种冲突。
答:薛定谔和任何人一样清楚这一点。他谈到他的假想猫,或多或少地说:“好吧,如果你相信我的方程所说的,你必须相信这只猫同时是死是活。”他说,“这显然是胡说八道,因为它不是那样的。因此,我的方程对猫来说不可能是正确的。所以一定有其他因素介入。”
问:那么薛定谔本人从未相信猫的类比反映了现实的本质吗?
答:哦,是的,我想他是在指出这一点。我的意思是,看看量子力学中最伟大的三位人物,薛定谔、爱因斯坦和保罗·狄拉克。他们从某种意义上说都是量子怀疑论者。狄拉克是人们觉得最惊讶的一个,因为他奠定了整个基础,即量子力学的总体框架。人们认为他是一个强硬派,但他在言辞上非常谨慎。当被问及“测量问题的答案是什么?”时,他的回答是:“量子力学是一个临时理论。我为什么要从量子力学中寻找答案呢?”他不相信它是真的。但他并没有大声说出来。
问:然而,薛定谔的猫这个比喻总是被呈现为我们必须接受的奇怪现实。这个概念难道不是驱动当今许多理论物理思想的核心吗?
答:没错。人们不想改变薛定谔方程,这导致了所谓的量子力学的“多世界”解释。
问:这种解释认为所有概率都在某个平行宇宙中发生吗?
答:它说,好吧,猫不知何故同时活着和死了。要观察那只猫,你必须成为一个叠加态 [两种状态同时存在],你看到了活着的猫,你看到了死去的猫。当然,我们似乎没有体验到这一点,所以物理学家不得不说,嗯,你的意识不知何故选择了这条路径或那条路径,而你却不知道。你被引导到一个完全疯狂的观点。你被引导到这个“多世界”的东西中,这与我们实际感知到的完全无关。
问:平行宇宙——多世界——这个想法是一个以人类为中心的想法,仿佛一切都必须从我们能用五种感官探测到的角度来理解。
答:问题是,你能用它做什么?什么都做不了。你需要一个物理理论来描述我们周围所看到的世界。物理学一直以来都是如此:解释我们所看到的世界在做什么,以及为什么或如何做。多世界量子力学做不到这一点。你要么接受它并试图理解它,这是很多人做的事情;要么,像我一样,你说不——这超出了量子力学能告诉我们的范围。令人惊讶的是,这是一种非常不常见的立场。我自己的观点是,量子力学并不完全正确,我认为有很多证据支持这一点。这只是在当前实验范围内没有直接的实验证据。
问:总的来说,理论物理学的思想似乎越来越离奇。以弦理论为例。所有关于11个维度或我们的宇宙存在于一个巨大膜上的说法都显得超现实。
答:你说得完全正确。在某种意义上,我归咎于量子力学,因为人们会说,“嗯,量子力学是如此反直觉;如果你相信它,你就可以相信任何反直觉的东西。”但是,你看,量子力学有很多实验支持,所以你必须接受它的大部分内容。而弦理论则没有任何实验支持。
问:我听说你正在你的新书中阐述对量子力学的批判。
答:这本书名叫《宇宙新物理学中的时尚、信仰与幻想》(Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe)。这些词分别代表一个主要的理论物理学思想。时尚是弦理论;幻想则与各种宇宙学方案有关,主要是暴胀宇宙学(它认为宇宙在大爆炸后很短的时间内呈指数级膨胀)。这些都是大鱼。攻击它们几乎是亵渎神明的。而另一个,甚至更亵渎神明的,是量子力学在所有层面上——所以这就是信仰。人们不知何故产生了这样的看法:你真的不能质疑它。
问:几年前你曾提出引力是区分经典世界和量子世界的因素。是否有足够的人正在对量子力学进行这种测试?
答:没有,不过令人鼓舞的是确实有人在研究它。以前这被认为是一种怪人、边缘活动,人们在年老退休后才会去做。好吧,我就是又老又退休了!但它不被视为一项核心的、主流的活动,这很遗憾。
问:在牛顿之后,以及爱因斯坦之后,人们对世界的看法都发生了转变。当量子力学之谜被解开时,还会发生一场思想革命吗?
答:预测很难。欧内斯特·卢瑟福说他的原子模型(导致了核物理和原子弹)永远不会有什么用处。但是,是的,我相当肯定它会产生巨大的影响。会有一些事情,比如量子力学如何用于生物学。它最终会产生巨大的影响,可能以各种无法想象的方式。
问:在你的书《皇帝新脑》中,你提出意识源于大脑细胞内的量子物理作用。二十年后,你还坚持这个观点吗?
答:在我看来,有意识的大脑并非按照经典物理学运作。它甚至不按照传统的量子力学运作。它是按照我们尚未发现的理论运作的。这可能有点自大,但我认为这有点像威廉·哈维发现血液循环。他研究出血液必须循环,但静脉和动脉逐渐变细,血液如何从一头流到另一头呢?他说:“嗯,那里一定有微小的管子,我们看不见,但它们一定在那里。”一段时间内,没有人相信他。所以我仍然希望能找到类似的东西——某种能保持连贯性的结构,因为我相信它应该存在。
问:当物理学家最终理解了量子物理学的核心时,你认为这个理论会是什么样子?
答:我认为它会很美。














