# 麗莎·蘭道爾：暗物質、理論物理與物種滅絕事件 > 理論物理學家麗莎·蘭道爾談暗物質的本質、額外維度等前沿猜想，以及小行星撞擊與物種滅絕的關係。 - 原標題：#403 – Lisa Randall: Dark Matter, Theoretical Physics, and Extinction Events - 期數：第 403 期 - 釋出日期：2023-12-03 - 嘉賓 / 主題：麗莎·蘭道爾 - 網頁版：https://lex.qiaomu.ai/tw/ep/lisa-randall/ - 官方頁面：https://lexfridman.com/lisa-randall/ - 精讀字數：約 7933 字（閱讀約 18 分鐘） > 本文為 lex.qiaomu.ai 基於原始訪談的 AI 改寫中文精讀，非官方翻譯；引用請註明出處並連結網頁版。 我們看到的，只是宇宙的5%。 麗莎·蘭道爾（Lisa Randall）是哈佛大學的理論物理學家和宇宙學家，研究覆蓋粒子物理、超對稱、重子生成、宇宙暴脹和暗物質。大多數人聽到"暗物質"這個詞，腦子裡浮現的是一種玄乎其玄的東西。蘭道爾真正在意的，是更基礎的一件事：**人類的感官，從來就不是認識世界的可靠工具。** 她說過一句樸素但分量很重的話：如果你只依賴直接看到的東西，你會錯過這個世界裡發生的大部分事情。暗物質就是最好的例子。我們看不見它，但宇宙裡有大量關於它存在的線索，至少八九種獨立的方法都指向同一個結論，而且這些方法算出來的數量彼此吻合。 ## 暗物質只是另一種物質，談不上神秘 蘭道爾的第一個糾正，是別把暗物質想得太玄。它就是物質的一種，只是不和光發生相互作用。它有引力，會成團，會驅動星系形成。它和普通物質的區別只有一條：它感受不到電磁力，所以不發光，我們也看不見它。 這句話後面有一個容易被忽略的推論。普通物質因為能輻射、能冷卻、能失去能量，最後在角動量守恆的約束下塌縮成一個薄薄的盤，這就是我們看到的銀河系盤面。暗物質做不到，它沒有輻射機制，所以不會塌縮成盤，而是維持著大致球形的分佈。 但蘭道爾又提醒，別以為普通物質才是主角。**暗物質實際上比普通物質更早開始塌縮，也更容易塌縮。**普通物質在小尺度上因為輻射壓難以聚集，是暗物質先把結構的骨架搭起來，普通物質後來順著這個引力勢阱流進去，星系才得以形成。她給了一個很有意思的類比：我們看一棟樓，總想到建築師，想到那個最高層級的設計，卻忘了那些幹了所有粗活的工人。暗物質就是那些工人。 宇宙的能量密度裡，暗物質是普通物質的五倍。看到這裡你可能會想，那我們多慘，只是宇宙的邊角料。蘭道爾反過來看：我們熟知的物質能佔到宇宙能量密度的5%、佔到物質能量密度的約六分之一，這本身已經很了不起。宇宙裡什麼東西都可能有，偏偏我們能看到的那一部分，還佔了相當的比例。 她還順帶解釋了暗物質的密度為什麼在不同地方不一樣。因為它是物質，物質就會成團。星系裡的暗物質比星系之間多得多。在小尺度上，人們一直在找偏離，看看是不是存在別的相互作用、別的作用過程，或者和重子也就是普通物質之間存在我們還沒搞懂的聯絡。大尺度上，暗物質的分佈已經被模擬得相當清楚了。 ## 恐龍滅絕，可能和暗物質有關 蘭道爾在《暗物質與恐龍》（Dark Matter and the Dinosaurs）一書裡提出過一個最出名、也最容易被誤讀的猜想。她把話說得很清楚：這個理論屬於推測性質，請不要當成已經證實的事實。 猜想本身很有意思。主流物理學界通常假設暗物質是單一的東西，除了引力之外幾乎不和其他任何東西作用。蘭道爾問了一句：我們憑什麼這麼篤定？我們自己的世界裡，物質有原子核、電子、中子，有強核力、弱核力、電磁力，結構非常豐富。為什麼暗物質就必須是簡單的一種？ 她的設想是：暗物質裡可能有一小部分，有自己的相互作用，會輻射出一種我們看不見、但暗物質自己能"看見"的東西，她管它叫"暗光"（dark light）。如果這一小部分暗物質能像普通物質一樣輻射、冷卻，它就可能塌縮成一個非常薄、非常緻密的暗物質盤。 然後是最精妙的一步。太陽系在繞銀河系中心公轉的過程中，會像旋轉木馬上的馬一樣，週期性地上下穿越銀道面。每次穿越，如果那裡正好有一個緻密的暗物質盤，太陽系受到的引力擾動就會增強，邊緣奧爾特雲（Oort Cloud）裡的彗星和小天體就可能被"踢"出來，撞上地球的機率隨之上升。 而六千六百萬年前，確實有一顆巨大的小行星撞上了地球，造成了我們現在確切知道的最近一次大規模物種滅絕，恐龍就此退場。 蘭道爾自己都說，這個故事聽起來像五歲小孩編的：恐龍被一塊大石頭砸死了。可這件事後來真的長出了一套嚴肅的科學解釋。她喜歡暗物質盤這個猜想，原因也在這裡：**無論聽起來多離譜，它都有可以被檢驗的觀測後果。**透過測量恆星的位置和速度，可以直接去銀河系裡找那個盤到底存不存在。它能寫在論文裡好看，也能拿望遠鏡去查。一個猜想只要能被證偽，就值得認真對待。 至於外界的批評，說她的理論讓暗物質"變得更奇怪了"，她的回應很乾脆：我們根本不知道暗物質本來是什麼樣子，也就沒有"更奇怪"這個參照系。大家總預設自己已經知道暗物質是什麼，可這個前提本身就是空的。 ## 那場撞出人類的大災難 訪談裡有一個瞬間，蘭道爾少見地嚴肅起來。 她說，寫這本書的動機之一，是她真的認為我們在濫用這顆星球，在用太快的方式改變它。當你在改動一樣東西的時候，最好先回頭看看它是怎麼來的。 她講了一個尺度層層遞進的故事。宇宙要先形成結構，形成星系，形成太陽系，形成地球，然後才有生命的條件。而人類能出現在這裡，有一部分功勞要歸於那顆撞上地球的天體：恐龍滅絕，哺乳動物才有機會發展起來。這個故事的跨度有幾十億年，在無數個尺度上同時成立。 她的結論並不宿命論，反而很清醒：就算地球重來一次，也可能長出別的東西，但那不會是如果我們繼續折騰下去還能存在的"我們"。 > 人類有一部分是那場撞擊的結果。這個故事很驚人。如果因此演化出別的東西，那也不是我們，前提是我們沒有把它搞得太糟。（麗莎·蘭道爾） ## 大科學機器教給我們的兩件事 談到大型強子對撞機（LHC）時，蘭道爾給出了一個很有教育意義的判斷。 一方面，它是一次巨大的勝利。希格斯玻色子五十年前被提出，最後被真的找到了，粒子質量來源的機制被證實。人類能夠做到這件事，本身就是能力的最好證明。 另一方面，這也是一個教訓。她入行的時候，美國正在建一個叫超導超級對撞機（Superconducting Supercollider，SSC）的大傢伙。當時很多物理學家，尤其是歐洲的同行，信誓旦旦地說 LHC 的能量就足以發現標準模型之下的東西了。但歐洲人反而更謹慎，希望做一個能量更高、事件更多、能更徹底證實或排除新理論的機器。很多人當時都篤定，那裡一定有超對稱（supersymmetry）。結果呢？LHC 成了唯一在場的機器，SSC 被取消了。 蘭道爾的評價很剋制：**你可以相信自己的理論，同時也要質疑它，用更可能接近真相的方式去質疑。**別在證據還沒出現的時候，就假設答案已經在那兒等著了。 但她也特意為 LHC 說了另一面好話。這件事技術難度極高，工程上極難，還得幾十個國家一起合作才做得成。它是一個長期專案，人們把心血投進去，最後把它做成了。這本身就說明，當人類真正下定決心做一件事，是能做到很了不起的程度。 訪談裡她聊到 CERN 的起源。二戰之後，很多歐洲物理學家離開了歐洲，後來他們希望看到歐洲人重新合作、重建，於是有了 CERN。她說自己常想，人類最大的問題之一是遇到的人不夠多。當一個人被當成"他者"，就更容易忘記他也是一個活生生的人。所以讓人為了一個具體的專案坐到一起，非常有價值。她提到一個叫 Sesame 的專案，讓巴勒斯坦人和以色列人一起做科研。忘掉政治，專注在一個具體的專案上，有時候真的能成。 她還補了一句很實在的觀察：科學讓進步發生，政治讓進步慢下來，可沒有政治，那臺機器也根本造不出來。這兩句話同時成立。 ## 電子到底存在嗎：一場和羅韋利的爭論 訪談裡最有哲學味的段落，是蘭道爾和卡爾洛·羅韋利（Carlo Rovelli）的那場分歧。 羅韋利在他的書裡寫過一句話：電子並不總是存在。它在你和它互動的時候才存在，在碰撞到什麼東西的時候，才在一個位置上"顯形"。 蘭道爾不同意。她在書裡打了個比方：股票的價格在你交易之前，可能沒有一個精確的數值，但這並不意味著在那之前你不能估算它的價值。電子也一樣，它可能沒有確定的性質，但它存在。在位置被測量之前，電子確實不是以經典物體的方式擁有確定位置，可那裡有東西，物理學家用波函式去描述它。 > 我傾向於認為宇宙就在那裡，不管我看沒看到。如果只有當我觀測的時候，事物才開始存在，那也太奇怪了。我可以假裝中東不存在，因為我現在不在那兒，但這顯然很荒謬。（麗莎·蘭道爾） 她補充說，這個分歧甚至不涉及標準模型，它關乎怎麼解釋量子力學。量子場論告訴我們，電子可以被創造和湮滅，對撞機裡天天在發生這種事。但這不意味著原子裡那個電子不存在。它就在那兒，它的電荷就在那兒。 談到物理學的"底層"，蘭道爾說自己比很多物理學家更謙遜：她不確定人類會不會有一天觸到那個最終極的底層，但她相信我們會一層一層往下走。她還講了一個特別好的觀察：也許在某個層次上，"距離"這個概念本身就會失效，到那時，連我們現在用來提問的語言都不再適用了。 這裡還牽扯到另一個常被混淆的點。當她說"我們幾乎測完了所有東西"，她的意思是標準模型已經被測到了很高精度。可現象層面還有大量我們沒搞懂的東西，比如意識，比如湍流，比如生命。這些現象往往可以在已知的基本成分之上被描述，但那不等於我們已經理解它們。她舉了一個很樸素的例子：我扔一個球，不會告訴你每個原子在哪兒，我只說這裡有個球。不同層級有自己的語言，不能拿底層的完備性去否定上層問題的真實性。 但她也劃了一條線。遇到那種非常放飛的理論，比如認為意識是一種瀰漫在萬物之中的基本力，物理學家的做法是先窮盡現有框架內的所有可能性，不會一上來就跳到最離奇的那一個。你可以跳，但接下來你要麼找到證據，要麼證明沒有這個假設就說不通。而現在，我們離那一步還很遠。 ## 自上而下，還是自下而上 蘭道爾把理論研究分成兩條路徑。 自上而下（top-down）：先有一個自己認為足夠完美的理論，從這個理論推出預測，再去看它預言了什麼特徵。 自下而上（bottom-up）：從具體問題出發，比如質量為什麼是這個值，先測量，再想辦法把測量結果拼起來。 她的判斷是，最好的做法通常是兩者結合。她很多最好的合作，都是和比自己更"自上而下"的人一起做出來的，因為只靠任何一邊，那些點子都想不出來。 這裡有個常被誤解的地方。很多人以為愛因斯坦是自上而下的典型天才。蘭道爾糾正說，不是。狹義相對論誕生的時候，愛因斯坦非常自下而上。他在琢磨麥克斯韋方程組的對稱性問題，試圖理解電磁定律為什麼在那種對稱下說得通，為此做了大量思想實驗。他甚至長時間抗拒自上而下的方法。後來做廣義相對論，需要把引力納進來，需要反饋，他是在一位懂微分幾何的數學家的幫助下才把方程寫下來的。再之後他才覺得自上而下才是正路，可惜那時候他反而沒做出太多東西。 所以她說，把科學進步簡單歸為某一條路徑是幼稚的。**真正推動進展的人，大多紮在真實的測量裡。** 順著這個話題，她也談了物理和數學的關係。兩邊的重疊比她預想的更多，但提問的方式不一樣。數學家著迷於結構本身，物理學家則始終盯著這個結構對真實世界意味著什麼。有些人能在兩個領域之間來回走，那種人往往能做出真正有意思的東西。她還說，美學在物理學裡確實起作用，但一個洞見之所以美，未必是因為它長得漂亮。愛因斯坦場方程如果拆成一個個分量寫出來，你不會覺得它美；寫成緊湊的形式，它才顯得優雅。 ## 弦理論的成敗，不能這麼算 被問到弦理論的成功與失敗，蘭道爾先拆掉了問題的前提：用"成功"和"失敗"來談任何一門科學，經常抓不到要點，因為科學裡沒有那種絕對的終點。 她的批評很直接：弦理論家在起步階段有點過於自信，以為能解決很多問題，實際上那些問題他們解決不了。但她也承認，弦理論確實帶來了工具和洞見。問題後來變成了一個近乎社會學的問題：這些聰明頭腦該往哪邊分配，一個方向佔了多少資源，另一個方向就少了多少。 她說，人很容易陷進問題本身，也很容易陷進方法本身，然後一直在做別的例子。真正的物理洞見，往往來自那些同時在想物理和想數學的人。 ## 暗物質裡會不會有生命 訪談裡最"放飛"的一個問題，蘭道爾的回答依然保持了物理學家的剋制。 Lex 問她：如果暗物質裡也有相互作用，會不會在某個我們看不見的角落裡，演化出類似化學、甚至類似生命那樣的複雜性？ 她說：有可能。 緊接著補了一句重要限定。產生生命和複雜性的那些條件，本身就複雜而罕見，並不是隨隨便便就能發生。但同樣地，也沒有任何理由斷定它一定不會發生。值得去問的是：暗物質那一塊裡，是不是還有別的力存在？ 這就引出一個更大的圖景。我們目前知道的那部分暗物質，似乎什麼力都沒有，只有引力。但也許它有自己的力，就像它可能擁有自己的"光"。甚至在我們自己這一塊裡，也可能存在我們還探測不到的力，只是因為它們太弱，或者存在於我們還沒探索過的能標和尺度上。我們造更大的對撞機，一部分原因就是想去那裡找找看。物理學家只探測那些和探測器作用足夠強的東西，剩下的全是盲區。 ## 人工智慧能不能做出物理發現 蘭道爾對 AI 的態度，是這次訪談裡最微妙的部分。 她說自己曾經不像別人那麼擔心 AI，但現在理解了。邏輯很簡單：一旦你造出了自己失去控制的東西，那就很可怕。 AI 能不能發現新物理，她的判斷是現在還處在很早期。大語言模型在某種意義上是對已有東西的泛化，它們會給出看起來很有說服力、但我們分不清真假的內容，這在物理學上是個大麻煩。但她也承認，突破可能正在發生，也許很快。 她講了一句很值得琢磨的話：我們其實並不真正瞭解自己有多聰明，也不真正理解自己是怎麼思考的。但有一點確定，**和計算機相比，人類在產生想法這件事上效率高得多，消耗的能量也少得多**。如果有一天計算機也能做到這一點，那就是完全不同的遊戲了。 她還提醒，AI 不只是抽象的智慧問題，它會被嵌進真實的世界裡。它會被資本主義的邏輯推動，被地緣政治塑造。人們最初拿它做玩具問題，接下來它會被用來做什麼、會被最佳化去完成什麼目標，這些才是現在就該開始討論的事。誰來控制它，研究者還能保留多少自由去問那些不直接產生商業價值的問題，這些都不樂觀。 她還講了一個特別有意思的對比。她說如果沒有網際網路，她根本寫不出那些書，因為她沒有時間去圖書館一本一本查資料。網際網路實實在在地幫了她大忙。可網際網路的另一部分，正在毀掉政治，毀掉公共討論。AI 有可能走同樣的兩條路，一條是讓人類的效率再上一個臺階，另一條是變成我們控制不了的東西。現在還沒有答案。 ## 脆弱的東西，和支撐我們活下去的東西 訪談裡有一段，蘭道爾談到了風險的邏輯，值得單獨拎出來。 她說，我們今天正在學到的一課是，只需要少數幾個壞人，就能把事情搞砸。要讓事情順利，需要所有人配合；要讓事情出錯，一件就夠了。 健康是這樣，民主也是這樣。一個系統要正常運轉，需要大量條件同時成立；要崩潰，只需要一個條件被打破。我們賴以生存的很多東西，都處在一種微妙的平衡態裡。我們試著給這些系統加一些冗餘，讓它們結實一點，但少數極端事件仍然足以改變一切。 她點了自己最擔心的事：**核武器。她說這比人們意識到的更危險，而現在的警惕程度反而比二三十年前更低。**她也擔心大流行病，覺得人們雖然比以前怕了一點，但還遠遠不夠。氣候變化和物種滅絕她同樣在意，她認為我們可能正處在一場滅絕事件的中途，只是過程太緩慢、太分散，不容易被感知到。 她還講了一個細節，特別能說明人性。她去參觀一個核武器歷史與技術博物館領獎，發現那裡展出的主要就是核武器。真正嚇人的地方在於：**它們看起來真的很酷。**你一邊覺得這東西很可怕，一邊又忍不住覺得它很酷。這種"東西本身就很吸引人"的衝動，有時會壓過對後果的思考。她說這有點像早期的矽谷，大家只想著"如果我們做這個會怎樣"，沒人去追蹤邊緣的後果。AI 現在就是這種狀態，全速前進。 她引用了里爾克（Rilke）的一句詩：美無非是我們尚能承受的恐怖之開端。她說這話放在核武器上成立，放在科學探索的某些時刻上也成立。科學家常年站在"我還不知道答案"的懸崖邊上，那種不適感是真實的，雖然它毀不掉地球，但它確實折磨人。而真正能毀掉地球的那些東西，反而常常被我們覺得酷。 ## 為什麼她不怕宇宙這麼大 Lex 問她，面對暗物質的量級、黑洞的引力、宇宙的尺度，會不會感到某種恐懼。 蘭道爾的回答很坦率，甚至有點反人類中心主義：她說自己某種程度上並不是人類的狂熱粉絲。如果人類就是全部，那也太無聊了。**她喜歡的是這樣一個念頭：外面還有很多東西，還有很多可以發現的，我們並不是一切。** 她說，如果宇宙裡只有我們，那才真的令人失望。 這種態度貫穿了整場訪談。她對科學的信心，根源不在"我們終將解決一切"的樂觀裡。真正托住她的是另一種東西：相信世界背後有邏輯，然後一層一層往下挖。她講到自己做研究時的驅動力，是那些說不通的地方，是那種"這事不對勁"的不適感。這種不適會逼著她往不同方向走，直到把它理順。她說這個習慣可以推廣到任何領域：遇到事情，先問它為什麼是這樣。 她還提到後來那本書《叩響天堂之門》（Knocking on Heaven's Door）裡講的有效理論。與其一上來就問那個最大的問題，不如先問眼前能測的東西。有時候你能判斷出某個方向一定會失敗，那就別把職業生涯押在上面。有時候從有效理論出發去逼近大問題，反而更容易走通。她還提到額外維度那部分工作，最讓她興奮的一點是發現高維可以只存在於區域性，我們以為自己生活在三維空間，也許只是區域性的真。 談到日落，她說自己不管看多少次，都還是會覺得美。她承認這大概是因為人類就是這麼演化出來的，那是關於我們自己的事，與宇宙本身無關。但她也說，人類已經走了很遠，發現了很多美妙的東西，而外面還有更多。她希望我們還有機會繼續走下去。 ## 給年輕人的那句話 訪談最後，Lex 問她給高中生、大學生的建議。 蘭道爾的回答，可能是整期節目裡最實用的一段。 她說，做科學、做學術最彆扭的地方在於：**你必須同時極度相信自己做的事，又必須不停地質疑它。**這兩件事很難平衡。你要真的相信自己能想出好點子，同時又要清楚這些點子可能全都是錯的。這根鋼絲很難走，但你還得走，因為不走就沒法真正檢驗它們。 她的第二個建議更接地氣。有時候你抬頭看，覺得前面有那麼多東西、那麼多巨人，會覺得自己沒戲。這時候不妨把視野收回來一點，別去想"我要成為史上最偉大的物理學家"，先想：**我能不能想出一個和我旁邊這個人一樣好的點子？** 她還引了物理學家羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）在費米實驗室（Fermilab）聽證會上那句著名的話：這座加速器不會保衛國家，但它會讓這個國家值得被保衛。蘭道爾說，世界再亂，這些事依然重要，不要因為大事發生就忘了這一點，但也不要因為做科學就忘了世界。兩頭都要顧，這才是難的地方。 整場對話下來，她沒有給出任何一句"我們終將理解一切"的豪言。她給出的是另一套東西：把不確定性當成工作環境，把質疑當成日常動作，把能測出來的東西當成唯一可靠的錨點。這種態度放在物理裡成立，放在別的地方大概也成立。 - 想理解暗物質，先從"我們的感官不可靠"這個前提出發，別從"神秘物質"這個想象出發。任何依賴"看得見才算存在"的判斷，在宇宙尺度上幾乎必然是錯的。 - 評估一個新理論時，別隻問它聽起來是否合理，先問它有沒有可以被觀測檢驗的後果。蘭道爾的暗物質盤猜想值得認真對待，正因為它可以被測出來。 - 當你對某個領域已經形成"我們都知道它是什麼"的共識時，主動去找那個共識的漏洞。她對暗物質"應該是什麼樣"的預設，評價只有一句：那本來就是空的。 - 做長期專案時，把"相信"和"質疑"同時放在桌面上。相信你的方向值得投入，同時設計出能證偽自己的實驗。LHC 和 SSC 的故事說明，把賭注全押在一個未證實的理論上，代價相當高。 - 看風險時，別隻盯著緩慢累積的那一類。系統的崩潰往往由單點觸發，核武器、失控的 AI、一次誤判，都屬於這一類，它不需要很多條件，只需要一個。 - 如果你在做研究或創作，定期把視野從"史上最偉大"收回到"我旁邊這個人"。這個尺度的目標更容易讓你真正開始動手。 - 找一件讓你覺得"這不對勁"的事，然後一直追下去。蘭道爾說，驅動她的從來不是宏大的願景。那些說不通的地方帶來的不適感，才是她一直追下去的原因。