我們如何進步

比起其他科學門類，物理學取得進步，是通過理論和實驗之間持續的相互影響。理論上的預測只有不斷地為實驗所證實，這些理論才算經受住了時間的檢驗。一個好的理論在于它做出的新預測能夠在實驗室得到驗證，但如果該理論與實驗結果相矛盾，它就必須接受修正甚至加以摒棄。反過來，實驗室的實驗也能產生未被解釋的現象，這就需要拓展新的理論。在其他科學領域，我們看不到如此美妙的配合關系。純數學的定理通過邏輯、演繹和運用公理來證明，無須在現實世界中證實。反之，地質學、行為學、行為心理學等則主要是觀測科學，在這些學科中，認識上的進步是通過人從自然界辛苦收集數據，或是細心設計實驗測試來取得的。但是物理學只能在理論和實驗的攜手合作中才能取得進展，就像兩人攀登懸崖，須得一個人拉著另一個人上來，然后二人再向下一個立足點攀登。

物理學家如何發展他們的理論和模型，如何設計實驗來檢測世界運行機制的某個方面？用另外一個很好的比喻來講，這就好像用一束光去照射未知的事物。考慮在物理學中尋找新觀念的情形，大略而言，我們會發現有兩類研究者。試想你在沒有月光的黑夜里走回家，突然發覺外套口袋里有一個洞，而你的鑰匙肯定是在中途穿過這個洞掉了出去。你知道鑰匙一定在剛才走過的那段路的某個地方，所以你返回去尋找。你會只在路燈照得到的路段上尋找嗎？那些區域只是整條路的一部分，當然你至少也會在這些地方看一下是否有鑰匙。還是你也會在路燈之間沒有光照的黑暗路段里搜尋搜尋？你的鑰匙很有可能就在這些地方，也會更難找到。

類似地，有的科學家只盯著路燈桿，也有研究者會在黑暗中搜尋。前者安然地開展工作，發展的理論可以對照著實驗來檢測——他們是在看得見的地方做研究，這意味著他們不那么熱衷于提出原創性觀點，但他們有較高的成功率增進我們的知識，盡管這種知識增長是漸進式的演化而非革命。相反，黑暗中的研究者會提出高原創性、高猜想性的觀點，這些觀點不那么容易檢驗。他們成功的機會要小一點，但如果他們說對了，回報會是巨大的，而且他們的發現可能導致我們認識上的范式轉變。相比于其他科學門類，上述區別在物理學中更為普遍。

我對那些受到挫折的研究者和夢想家抱以同情，他們經常鉆研的是像宇宙學和弦論這樣的深奧領域，他們不是為了讓數學表達更好看才去添加一些新的維度，也不是為了讓我們的宇宙不那么奇怪才去假設有無限多個平行宇宙。但也有一些著名的例子是研究者憋到了寶。20世紀的天才保羅·狄拉克在自己優美的方程的激勵下，提出了反物質存在的假設，而數年后的1932年，人們發現了反物質。接著是默里·蓋爾曼和喬治·茨威格，他們在20世紀60年代中期各自獨立預測了夸克的存在，而當時還沒有實驗證據能表明這種粒子的存在。彼得·希格斯要過上半個世紀，才會等到人們發現他提出的玻色子并確證以他的名字命名的理論。甚至量子力學先驅埃爾溫·薛定諤，當初也不過是憑帶著靈感的猜測，提出了以自己的名字命名的方程：他雖然寫出了該方程的正確數學形式，但一開始他自己也不知道這個方程的解意味著什么。

這些物理學家都有怎樣獨一無二的天分？是直覺？還是第六感讓他們覺察到了自然的奧秘？也許吧。諾貝爾獎得主史蒂文·溫伯格認為，正是蘊藏在數學中的美，指引了像保羅·狄拉克和19世紀蘇格蘭物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋這類偉大的理論家。

但是這些物理學家都不是孤立地進行研究的，他們的觀點也需要和所有的既定事實及實驗觀察相一致。