現(xiàn)在人們普遍認為,現(xiàn)代科學或科學時代始于1687年7月。這一年牛頓發(fā)表了他的偉大巨著《自然哲學的數(shù)學原理》,書中介紹了可以用于描述整個世界的數(shù)學。200多年以來,牛頓對自然界的觀察一直都是科學界的基礎,現(xiàn)在被稱為經典物理學。
隨著19世紀末期電學和磁學理論,以及20世紀早期愛因斯坦的相對論的出現(xiàn),經典物理學在解釋世界那些“大問題”上已經取得了巨大的成就:行星和星系的運行、蘋果的掉落(根據(jù)流行的說法,牛頓是在蘋果掉落在他頭上時發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的)等。這一切都證明我們可以運用經典物理學來計算人造衛(wèi)星的運行軌道,甚至把人類送上月球。
然而到20世紀早期,新的科學發(fā)現(xiàn)表明,自然界的有些地方牛頓定律并不起作用。從原子內的微小粒子世界,到遙遠的星系誕生時原子的存在形式,傳統(tǒng)的物理學都無法解釋科學家們遇到的諸多現(xiàn)象。而回答這些問題的科學方法就是,如果已有的思維方式不能解釋我們所看到的現(xiàn)象,那么舊的思維方式就應該得到更新,以將新觀察到的事實和新發(fā)現(xiàn)考慮在內。這樣做的結果,就是在物理學領域出現(xiàn)了量子物理學:研究微觀世界。
自從量子物理學出現(xiàn)在科學舞臺上,科學所面臨的最大挑戰(zhàn)就是將經典物理學和量子物理學這兩種完全不同的思維方式融合成為一種看待宇宙和生命的統(tǒng)一方式:統(tǒng)一理論。但到目前為止這一理論還未找到。盡管一些理論學家解開了一些疑惑,但卻沒有人能解釋所有的疑問。就像脆弱的堤壩一樣,即使已經將一些裂縫補好,但依然會出現(xiàn)新的裂縫。新出現(xiàn)的理論可以回答一些問題,但同時又會出現(xiàn)新的問題,而這些問題此前并不存在。
弦理論的發(fā)展過程是能說明這些問題和裂縫的最好例子。20世紀80年代,弦理論認為宇宙是由看不見的波動的能量弦線組成的,這在當時被認為會引領物理學的又一次革命。但是物理學家對這一理論研究得越深入,出現(xiàn)的問題就越多。哥倫比亞大學數(shù)學家彼得·沃伊特(Peter Woit)說,“弦理論就像一個將被扎破的氣泡,因為它的基礎已經不在了?!?/p>
同樣,惠勒—德威特方程(Wheeler-DeWitt equation)起初宣稱可以將經典物理學和量子物理學統(tǒng)一起來,隨著我們對它的深入了解也很快成為泡影。為了完成這個看似不可能的任務,惠勒—德威特方程去除了造成這些問題的重要因素:時間本身。盡管這樣做有助于數(shù)學方程的推導,但事實是時間是整個世界和我們生活的一部分。沒有時間,任何方程都無法真正反映人們想要解釋的疑問。
然而,目前殘酷的現(xiàn)實是:從馬克斯·普朗克(Max Planck)提出量子物理學的核心原則以來,時間已經過去了一個世紀。在這100年里,世界上最優(yōu)秀的科學家都致力于找到數(shù)學和物理學的最佳理論,用有史以來最好的研究設施來測試這些理論。因此,如果研究方向正確的話,我們有充分的理由相信困擾科學界的重大問題應該已經得到解決。
然而到目前為止,我們依然未能解決這些重大問題,所以我們必須想到這種可能性:或許我們的研究方向是錯誤的。