W当我们看到美的时候，我们就会认出它，对吗？米开朗基罗的大卫，马丘比丘，海洋日出。我们可以对宇宙本身说同样吗？Massachusetts理工学院的物理学教授Frank Wilczek认为我们可以。而应该。在他的新书中一个美丽的问题:寻找大自然的深层设计Wilczek阐述了数学的优雅和自然基本规律的一致性。
维尔切克与大卫·格罗斯(David Gross)和H.大卫·波利策(H. David Politzer)共同发现了控制物理学基本作用力之一——强相互作用的方程，这种作用力将夸克和胶子结合在一起，形成质子和中子。维尔切克因此获得了2004年诺贝尔物理学奖。他们发现的“渐近自由”表明，当夸克彼此靠近时，它们之间的电荷就会变弱。
我喜欢它的怪异和奇怪，喜欢它是世界运转的方式。
Wilczek的专长是量子理论，但他的研究成果在宇宙学中对黑洞、暗物质的研究以及对事物如何从无到有这一古老谜团的研究中产生了明显的影响。现年64岁的他从一个年轻的数学学生开始就在大自然中寻找设计。“我喜欢玩弄模式，思考那种抽象，”他说。“我对哲学的一个分支——数理逻辑以及思维运作的理论非常感兴趣。我学习了一些神经生物学和计算机科学，试图找出抽象模式如何映射到思维运作上。”
你说自然设计中有美。这似乎是美学问题。这是一个科学问题吗？
这是一个科学问题。我试图解决的确切问题是这个世界是否包含了美丽的思想。这是一个关于世界和美丽的问题。众所周知，美是主观的，有多种形式，但艺术和哲学中有一个历史记录，人们可以参考它来了解人们客观地发现了什么是美。我们可以参考科学，比较从自然基本规律中产生的概念是否与人们认为美丽的东西有共同之处。
世界是否美丽对科学家来说重要吗？
我不认为科学与生活的其余部分是隔离的。所以，是的，世界是否美丽对我来说很重要。对于物理学家、工程师和设计师来说，这也是一个实际问题。在物理学的前沿，我们研究的是非常小的、非常大的和非常奇怪的领域。日常经验并不是很好的指导，实验可能既困难又昂贵。因此，直觉的来源并不是来自日常经验或大量事实的积累，而是来自对如何赋予自然法则更多内在一致性和和谐的感觉。我的工作一直以努力使法律更加美丽为指导。
什么是美丽的法律?
有两件事是人们认为美丽的定律和方程式的共同特征。一种是我所说的繁荣或生产力，你付出的比付出的多。通过收集线索和猜测，你可以找到一些等式或定律，然后你可以解释其他七件事，你就知道你在正确的轨道上。你付出的比付出的多。对称性在自然基本定律中尤为突出。由于它的普遍使用，对称是一种模糊的，但在某种程度上意味着和谐和美丽。科学上的使用更加精确，并且取得了极其丰硕的成果。这是没有变化的变化。您可以对物理对象进行更改，也可以更改可能会更改物理对象的定律，但不能更改。圆是对称的，可以围绕其中心旋转任意角度，但圆作为一个整体是不变的。大多数形状，如三角形，如果旋转它们，看起来会不同。
所以如果你深入到宇宙最深处的结构——物理定律——你是在说存在着深刻的对称性吗?
是的。以法律是永恒的这一事实为例。这听起来不像是对称，但这是因为这些定律不会随着宇宙年龄的增长而改变。所以我们有不变的变化。
假设宇宙没有美丽的思想或优雅的数学结构。如果自然法则充满了不对称或不完美，我们还能想象吗?
我曾经摔跤过这个问题，并且有一个思想实验，我发现非常令人满意。随着计算机变得更好，人工智能越来越好，您可以沿着沿线制作合理的思维实验矩阵在那里，智能被嵌入电脑，它认为的世界实际上是被编程的东西。
那么我们只是生活在计算机模拟中？
让我们想象自己在超级马里奥的世界里。物理法律看起来不会看起来特别美丽。他们会随着时间和地点而变化。他们会对他们有一种古怪的是逻辑上一致，但与我们的世界作品的方式非常不同，法律在时间或地点没有改变，并且具有一种可重复性。一旦你了解小部分，你就可以扣除扣除，弄清楚大零件的工作方式，而在编程的世界中，这只是程序员的突发事件是什么。它没有意义或是美丽的。所以我不认为法律的美丽有什么必要的。当然，如果他们不漂亮，他们可能会更难发现，因此法律的可理解性对我来说比他们更神秘。它不必那样，但它是。
我认为任何公认的宗教都不能公正地看待我对物质世界的发现。
美对爱因斯坦和其他现代物理学的奠基人重要吗？
当然，尽管他们并不总是明确地考虑这个问题。爱因斯坦和（詹姆斯·克拉克）麦克斯韦，再回到牛顿，都有把问题分解成小部分的本能，他们的想法是，问题是可以理解的，然后你就可以构建出更复杂的东西，有这样的活力。爱因斯坦是将自然对称之美的第二个方面推向新高度的决定性人物。相对论在很大程度上是以不变为模式的。你可以从一个移动的平台上看世界，冲着你或远离你的不同事物看起来会很不一样，但同样的法则也适用于静止的框架。这就是相对论的本质。你改变了事物的外观，但法律仍然有效。
爱因斯坦不喜欢量子纠缠的概念，即两个粒子在宇宙的对立面相互作用。那是否违背了他的美感？
法律总是会导致同样的后果，这违背了他的决定论。他曾说过一句著名的话，精神错乱就是一次又一次地做同一件事，期望得到不同的结果。然而，这正是量子力学的工作方式。所以他不喜欢。但父母并不总是赞同孩子的成长方式。量子力学是一个框架，它本身似乎并没有体现对称性，尽管在更深层次上，我认为它可能体现对称性。如果你建立符合量子力学原理的方程，那么量子力学就是一个极好的平台。这些方程可以支持大量的变化，而这些变化不超过经典物理学中的任何东西，它们真实地描述了世界。
我们无法预测一个特定的粒子在量子层面上会做什么。这些困扰着爱因斯坦的不规则现象也困扰着你吗?
不，我喜欢它。我喜欢它的怪异和奇怪，喜欢它是世界运转的方式。
这不会破坏你的秩序吧?
你知道，这是深刻的。在量子力学中，现实的主要描述是一种称为波函数的东西，并且波函数的方程实际上是确定性的。它们是完全明确的方程式。如果您一次知道波浪功能，您可以预测另一个没有歧义的时间。问题是通过实验知道波函数是不可能的。因此，深度结构是确定的，但从我们坐在宇宙中，它不是我们可以确定的东西。操作地，这意味着事情看起来不可预测。巨大的实验数据和经验直接确认量子力学的这种方面。基本上，所有现代粒子加速器都是基于同样的事情在又一次地进行：击打电子和抗电子在完全相同的能量和完全相同的配置。但不同的东西出来了。 You do it billions of times and each time a different thing comes out. So it’s not a matter of opinion.
人类真的在揭示宇宙的深层结构吗?或者这只是我们对现实的看法，考虑到我们大脑的工作方式和我们看待世界的方式?
物理工作。如果没有对这个世界非常详细的描述，你就无法设计iphone、大型强子对撞机(Large Hadron Collider)或冥王星任务。所以这不是幻想。然而，你可以用不同的方式来组织你的思想。有些事情对那些从聪明蜘蛛进化而来的生物来说似乎是显而易见的，而对我们来说似乎不是那么直观。因此，法律在重要细节上可能会有所不同，但我认为结果是没有商量余地的。世界就是这样。
你有一个很有趣的思维实验。如果狗或鸟有高级抽象推理，它们会擅长物理吗?
我认为鸟很好，但狗就不那么好了。狗的世界主要是基于嗅觉。当然，化学感官可以支持丰富的交流生活和对食物的欣赏。你闻到玛德琳的味道，就会想起过去。但即使你很聪明，有丰富的社交生活，也很难从嗅觉到牛顿运动定律和力学。人类主要是视觉动物，所以我们有强大的方法来理解物体如何在空间中移动。我们很幸运能看到行星。这为我们了解天文学和引力提供了一个很好的开端。
那么鸟类有什么特别之处呢？
鸟类会拥有这一切，甚至更多。我们的经验主要是由摩擦力和地球上的重力决定的，这在历史上给理解什么是惯性造成了很大的问题。但鸟类只是扇动翅膀一段时间，然后停下来滑翔，所以它们知道惯性。他们也会对相对论有一种直觉——如果你以恒定的速度运动，定律就不会改变。他们每天都在经历。所以如果鸟类变得聪明，我认为它们在物理学上的进步会比人类更快。蜘蛛也有不同的视角。它们通过触觉和蛛网的振动进行交流。他们将很好地进入场论和电学领域。
物理定律适用于大脑，所以你不应该寻找灵魂或非物质的东西。
对于一个理论物理学家来说，一个危险是，你可能会被你的方程的美丽所吸引，以及所有东西是如何结合在一起的，以至于你与物理世界分离。你仍然需要经验测试来证明这一基本结构。这对你来说是职业危害吗？
绝对是。伟大的物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）喜欢说你有想象力，但这是一种穿着紧身衣的想象力。对我来说，当你的想法提出你可以检查的实验结果时，它假设了不同程度的兴趣。
如果没有统一物理定律的“万物理论”呢？你认为自然是一件美的作品，你的论点在哪里？
这个论点仍然是正确的。我们已经知道，有一些美丽的定律可以解释物质的大部分运作方式。只是我们还没有完全搞清楚。我们很难夸大这些法律是多么对称，多么富有成效，多么有创造力。这是一个很棒的礼物。但我们并不满足，因为有一些恼人的小瑕疵，就像在故事“出生标记”中，有一个小瑕疵困扰着她的追求者。因此，我们正在努力寻找新的现象，使我们的方程更加对称，更加漂亮。但最终的裁决是实验性的。
作为一个科学家，你看起来有点不寻常。很明显，你喜欢探索这些伟大的想法。你有没有想过成为哲学家而不是物理学家?
绝对的。当我还是个少年的时候，我心目中的英雄是爱因斯坦和伯特兰·罗素。我喜欢阅读哲学书籍，思考这类问题。
在过去的几年里，一些高调的物理学家，包括斯蒂芬·霍克，劳伦斯基克拉斯和尼尔，泰森已经对哲学家贬低了评论，基本上说他们对真实世界的价值不大。你的同事对哲学的攻击是什么？
我认为这显示出缺乏想象力和对哲学的知识的缺乏。除了物理定律和物理现象外，还有很多关于世界的知识。数百年来，人们一直在努力解决这些问题，完善这些概念。把这一点一笔勾销是不明智的，也是近乎愚蠢的。正如爱因斯坦所做的那样，我从哲学文献中获得了巨大的灵感，从与大卫休谟、恩斯特·马赫或伯特兰·罗素的斗争中磨砺你的思想。
哲学家不只是想知道每件事是如何结合在一起的。他们问宇宙是否有意义。这个问题对你有共鸣吗？
当然可以。我非常关心这一切意味着什么。这就是我做很多事情的原因。
这意味着什么呢?
我不认为这是正确的问题，因为我不确定答案是什么样的。我很高兴提出一个不同版本的那个问题，可以以非常富有成效的方式解决：世界是否体现了美丽的想法？在他们了解物理法则之前，您可以通过观察人们对美女的思想历史来看待那个问题，然后将其与我们实际发现的内容进行比较。您可以获得艺术和科学的丰富视角。
如果有人需要一个更深层次的价值体系来依靠，你是说美丽是一个寻找它的好地方吗？
是的。有些人从不同宗教的教义中获得快乐和理解，这是组织你生活的一种方式。我认为这是不可能的，因为我不认为任何公认的宗教公正地对待我对物质世界的发现。并不是说他们错了，虽然很多细节都是错的，但他们只是没有公正地对待科学带来的深刻的惊喜宇宙有多大，它有多古老，有多少小事情造就了我们在生活中经历的大事情。这就意味着我们要找出其中的意义。对我来说，美是一个伟大的发现，揭示了它的意义。这是我最大的快乐来源。
对科学和宗教来说，最深刻的问题之一就是起源问题。宇宙是如何开始的，或者它有开始吗?有东西是怎么无中生有的?劳伦斯·克劳斯称这并不是那么神秘。他说，在量子场论中，真空状态是不稳定的，所以状态的出现和消失并不罕见。
事实上，我的朋友劳伦斯引用了我的作品。我不明白所有的含义但是方程不允许没有任何东西的稳定解。空与自然基本定律的解是非常不同的，所以如果不允许空存在，这就解释了为什么有东西存在而不是什么都没有。但我认为这并没有触及哲学家们所提出的问题。
他们问物理定律从何而来。
确切地这些方程式是从哪里来的？我们知道空虚不是一个正确的想法。考虑到我们知道的法律，这是不可能的。
所以不存在所谓的空白吗?
对。认为空间是一个没有内在生命的空的、被动的容器的概念是完全错误的。在量子力学中，空间具有自发活动。这些被称为“虚拟粒子”。我获得诺贝尔奖的部分原因是弄清楚虚拟粒子如何影响我们所看到的真实粒子。
什么是虚拟粒子？
这就好像我们生活在一个行星的表面，而这个行星的地下有很多活动，这些活动在表面上看不到，但却影响着世界的方式。在基础物理定律中，场——例如电场和磁场——具有自发的活动。虚粒子在很短的时间内产生，然后消失，我们的眼睛或仪器永远也察觉不到。但它们在方程中，它们影响粒子的性质，我们可以看到，可以计算和检查。所以毫无疑问，我有时称之为“网格”的空间是活动的来源。这就是为什么它不是空的原因之一。它有生命。
所以如果我们在寻找宇宙中最基本的东西，它不是粒子或物质。你说的是这个地方吗?
是的，空间本身有它自己的生命。理解我们所感知的空白空间是理解整个宇宙如何运作的关键。我喜欢和我的学生开玩笑说，牛顿力学的关键是解决一个物体如何围绕另一个物体运动的问题，就像地球围绕太阳运动一样。在量子力学中，关键的问题是“没有人的问题”，空空间才是关键所在。我们实际上看到的粒子是一种在真空结构上的偶然现象。
我们一直在讨论调和非物质世界与物质之间的困难，而最大的谜团可能是“心脑问题”——我们心灵的非物质世界是如何从我们大脑中的三磅粘稠物质中产生的。这是物理学的一个问题，还是应该留给神经学家来解决?
物理定律适用于大脑，所以除了组成大脑的粒子外，你不应该寻找灵魂或其他非物质的东西。一个很好的假设是，大脑就像一台计算机，而难题是理解物理对象如何遵循物理定律进行计算并形成思维。还有一个更技术性的问题:我们用物理学来描述物理宇宙中的物体的方法是否可以用来阐明大脑是如何工作的——关于对称、材料科学和电导的想法是否对神经生物学很重要。我认为答案很有可能是肯定的。大脑的某些部分非常规则和对称。小脑结构很好。神经网络是我发现的另一个非常吸引人的发展。人工神经网络是大脑中神经系统的理想化，但它们使用的是物理学家能够识别的计算法则。事实上，物理学家发明了很多这样的技术，因为它们看起来像控制电路的方程。所以我认为物理可以为神经生物学提供很多东西。
你认为科学能解决我们如何从物质中获得精神世界的基本问题吗?
是的，我喜欢。我该怎么说呢？我想我们可能已经完成了90%。
你是一个乐观主义者!
不，我想我只是在正确地解释事情。不久前，1和0的模式可以编码你如何进行计算，这似乎非常神秘；例如，你如何下棋。但是现在我们可以设计出一个系统，它可以在1和0上工作，做一些非常像思考的事情。越来越多的人与Siri这样的系统进行有意义的交互，这些系统只是在操纵1和0的模式。这些1和0体现在物理对象中，即晶体管，所以这非常接近于说精神体现在物理对象中。这些是我们设计的具体物体。
史蒂夫保尔森是威斯康星州公共收音机的行政制作人，据我们所知，威斯康星州公共收音机的全国综合展示。他是作者原子与伊甸园:宗教与科学的对话。您可以订阅Ttbook的播客在这里．
*正如最初发布的那样，这张图片被错误地记入贷方。
