专访凝聚态物理学家文小刚：为什么他能获得国际大奖？

潘颖集智俱乐部 2021-02-09

导语

8月8日，国际理论物理中心（ICTP）宣布，2018年理论物理狄拉克奖（the Dirac Medal）由三位物理学家分享——他们分别是哈佛大学的Subir Sachdev、芝加哥大学的Dam Thanh Son以及麻省理工学院的华人学者文小刚。他们对强相互作用多体系统中新型相态及相变的理解做出了独立贡献，并且创新性地引入了跨领域的研究方法。

来源：赛先生
原题：【华人之光】文小刚专访

对于文小刚，国际理论物理中心的官网报道这样评价：他创新性地提出了拓扑序的概念，并将其应用于研究有能隙的量子系统。他发现拥有拓扑序的态包含非平庸的边界激发，并且发展出量子霍尔系统边界态的手性Luttinger理论。

在意识到量子霍尔态无法用一般的Landau paradigm来标志后，他发展出了新的分类方法。此外，他还揭示了量子序与纠缠间的深层联系。最近，他发展出了对称保护拓扑相的概念。这些观点与量子场论中的反常有着紧密联系。

文小刚是凝聚态物理领域的当代著名理论物理学家，现任美国麻省理工学院（MIT）终身教授、格林讲席教授，美国物理学会会士，加拿大滑铁卢前沿理论物理研究所（PI）牛顿讲席教授。

1982年他毕业于中国科学技术大学低温物理专业。但由于对更宽广的凝聚态物理感兴趣，文小刚赴此领域的权威安德森（P·W·Anderson）教授所在的普林斯顿大学求学。但很快，普林斯顿大学一批年轻教授在高能物理领域的活跃主导地位，让文小刚在博士期间研究起了高能物理，师从当今物理学界大名鼎鼎的爱德华·威滕（E·Witten）。在博士后期间，文小刚重返凝聚态物理学研究领域。

文小刚拥有十分清晰的物理图像，他对量子多体系统有非常好的洞察力，他把凝聚态物理语言由狭义物态推广到宇宙普适，独立开创并发展了量子物态的拓扑序/量子序理论，和基本粒子的弦网凝聚理论。他的系列工作开辟了拓扑物态（topological state）、对称保护物态（symmetry protected state）、长程量子纠缠（long range entanglement）等物理新领域，进而提出了“信息就是物质”这一新的世界观，是当代理论物理了不起的启示录。

2016年，《赛先生》在北京专访文小刚教授，畅谈当代物理学研究的重大问题和他在探索解决这些基本问题时，设法彻底改变与宇宙对话的理论范式的研究道路。

《赛先生》记者潘颖

答案可能就在
凝聚态物理里面

《赛先生》：在你看来，当代物理学最伟大的未决问题有哪些?

文小刚：就物理学的基础问题而言，人类一直追求万物起源这一问题，希望了解万物是从哪儿来的，基本规律是什么。直到今天，这个问题都还是物理学的最大梦想。但有人会说，这个问题不是已经解决了吗？我们有基本粒子的“标准模型”，有牛顿的万有引力理论，还有爱因斯坦的广义相对论，这些已经把我们的世界解释得清清楚楚，很让人满意了。但实际上不是这样的。在标准模型提出40年后的今天，没有一个物理学家认为标准模型是基本理论，大家都认为它只是一个近似的有效理论。基本粒子的起源到底是什么，不知道，这就是问题。

爱因斯坦的广义相对论是非常漂亮的，好像这么漂亮的东西应该是个基本理论。但实际上也不是。广义相对论也是一个近似的有效理论。为什么呢？因为爱因斯坦的广义相对论是一个经典理论，和量子力学格格不入，虽然它很漂亮，但它只是一个漂亮的经典近似，它是从什么样的量子的结构中出来的？也不知道。所以，有没有更基本的、更漂亮的量子结构能把广义相对论、引力和基本粒子都搞出来，我觉得这还是基本物理学最大的未决问题。

我是做凝聚态物理的，为什么要谈这个高能物理的问题呢？因为在我看来，这个物理学最大梦想的答案可能就在凝聚态物理里面。虽然我们一直想弄清楚基本粒子、时空、引力的真正起源，但长期以来，进展甚微。在山穷水尽时，出路往往在意想不到的方向。1989年以来，我们在凝聚态物理的研究中，发现了新型物质态——拓扑物态。后来我们意识到，拓扑物态起源于复杂体系里的量子纠缠【注1】。表面看来，拓扑物态量子纠缠和基本粒子的起源毫无关系，但我现在认为，它们是完完全全联系在一起的。也就是说，复杂体系里的量子纠缠是基本粒子、时空、引力的起源。这种解决问题的思路和以前很不一样。

以前的思路是，你要找一个东西的起源，都是要把它分解，来得到其组成和基本构件，分得越小就越基本。但现在考虑量子纠缠的话，解决问题的思路就变了。我们认为万物（基本粒子及空间）源于量子比特：空间是量子比特的“海洋”，基本粒子是量子比特的波动涡旋，基本粒子的性质和规律则起源于量子比特海中量子比特的组织结构（即量子比特的序）。新思路下，结构是更重要的。考虑结构会使我们对自然界的基本性质有更深刻的理解，这跟老思路考虑物质的构件很不同。二者的区别就好比，观察一根绳子时，是看它由什么分子构成的，还是看这根绳子的扭结结构是什么。老思路看重基本构件是还原论，而新思路看重组织结构（序）是演生论。

所以说，问题还是老问题，但由于最近凝聚态物理带来的一些新思维方式和新思想，也许会使老问题得到解决。

第二次“量子革命”
已经来临

《赛先生》：你为什么说“物理学处在大变革的前夜，可能会迎来一个黄金时代”？

文小刚：我指的是对复杂体系的量子纠缠的研究。我们先回顾一下之前的历史。我觉得物理学经历了四次革命。

第一次物理学革命是牛顿力学。牛顿说星星在天上跑，苹果往地上掉，这两个现象是由同一个机制引起的，就是“万有引力”引起的。他由此统一了天体运动和地面上物体运动的规律。描写这个理论的数学就是微积分，而微积分是牛顿发明的。一般来说，一个物理理论都要有个数学来描写，我们希望当提出一个新的物理学思想的时候，它需要的数学已经有了，如果没有的话就惨了，新的理论连写都无法写出来。牛顿正好就是遇到了这个情况，当时他发明他的理论的时候还没有微积分，所以理论写不出来，他必须发明微积分才把理论写了出来。这是最高级的发现和创新。牛顿既做数学家又做物理学家，非常不容易。

第二次物理革命是麦克斯韦对电、磁和光的统一。他先统一了电和磁，发明了麦克斯韦方程。他发现麦克斯韦方程的波动解——电磁波——的波速，和当时测的光速差不多。虽然还差了5%，麦克斯韦大胆提出电磁波就是光，把电、磁和光都统一了。

第三次革命是爱因斯坦的广义相对论。他把时间空间的弯曲和引力作用统一了。广义相对论用的数学是黎曼几何。那时候黎曼几何已在前几十年就发明出来了，所以爱因斯坦不需要自己发明新数学了，把黎曼几何搬过来用就行了。

第四次物理革命应该是量子力学。量子力学是非常非常深刻的革命，应该是最大的物理革命，但它不是一个人搞出来的，是一大群人的共同成果。所用的数学是线性代数，就是把微积分给扔掉了，由分析变成代数了。我们的世界不是由分析来描写的，而是由代数来描写的。这一世界观的变化非常重要。

那么，我们现在对复杂体系的量子纠缠的研究（即对拓扑物态的研究），可以说是第二次量子革命。这一研究想要解决很多基本问题：它首先要统一所有基本粒子，把光和电子统一，也要把引力和空间统一进来。就是想统一这些很不同的现象。比如说要统一光子和电子，这好像很困难，因为光子和电子，一个是玻色子，一个是费米子，差太远了。但我们最近就发现，这好像是可能的。因为，量子比特海中的量子比特会有一种叫“长程量子纠缠”的现象，这量子比特海中的波可以是光波，量子比特海中的“涡旋”可以是电子。这说明光子和电子是可以被统一描写的。但我们面临的局面，跟牛顿当时面临的情况一样，长程量子纠缠是个新现象，没有现成可用的数学方法，可能需要我们发明新的数学。

从这个意义上讲，跟前几次物理革命相比起来，现在对复杂体系的量子纠缠的研究，有点“革命”的意味了。第一，我们要统一的各种现象，非常基本的现象，像电子、光子、引力，各种各样的相互作用，都要以同一个框架来理解它。第二，我们要研究探索新的物质态——拓扑物态。拓扑物态有可能成为量子计算的理想媒介。这些都源于一个基本物理现象——长程量子纠缠。

但我们发现长程量子纠缠可以非常复杂和丰富。它也非常新，新到我们现有的数学都无法描写它，可能需要发展新数学。现在很多数学家也在做这个工作。由于这些原因，我认为，我们现在遇到了物理学的一个新的大发展的机遇，这就是量子纠缠。

长程量子纠缠是凝聚态物理里的新的物质态起源。它又可能是基本粒子的起源。这是因为我们可以把真空本身看作一种物质态，一种很特殊的、高度纠缠的物质态。此外，它还和量子计算机有关，因为长程量子纠缠可作为量子计算的理想媒介。最后，它又跟现代数学有关，因为量子纠缠需要新的数学。当物理学需要某种新数学时，这一数学就会蓬勃发展起来。综合考虑下来，我觉得第二次“量子革命”已经来临。这是一个非常激动人心的事情。

《赛先生》：也就说是，你认为量子纠缠会是以后引发研究高潮的问题？

文小刚：对。但这是我个人的想法。在粒子物理领域里，大家可能不这么看。但是在凝聚态物理里，大家已经这么认为了。就是说，凝聚态物理中提出的长程量子纠缠，及其导致的量子拓扑物态，是现在凝聚态物理研究的一个中心，一个高潮，非常非常活跃。

但是长程量子纠缠能不能统一粒子物理中的四种相互作用？能不能更进一步统一光和电子？能不能统一所有基本粒子？我认为是可能的。我这么认为，是因为我很熟悉量子纠缠。我明确地感觉到，也深深地相信，长程量子纠缠能统一所有基本粒子。但量子纠缠太新了，一般只有学量子信息和凝聚态物理的人比较熟悉，一般学物理的人都不熟悉量子纠缠，所以他们自然而然也不从这个角度想问题，不见得认同这种观点，或者说他们还没能理解到，反正就是看不出来量子纠缠和基本粒子的统一有什么联系。但这要以后再慢慢看，看看这种观念能不能传播到高能物理的基本粒子理论里头去，我觉得可能需要一些时间。

文小刚在清华大学高等研究院接受《赛先生》专访。李晓明/摄

“新的数学”
还在路上

《赛先生》：你觉得长程量子纠缠需要的新数学是已经出现在数学家的宝库中了，还是需要新发明新发现？

文小刚：长程量子纠缠需要的新数学没有现成的，现在正在被数学家发现、发掘。我可以举个例子来说明“新数学”是什么意思。我以前看过一本科普书，有一段大意说有一个比较原始的部落，它们的语言中描述数字的只有三个词：一、二、三，再往下就没名字了，统一叫“好多好多”。如果用这种语言来表达算术的话会非常非常困难，因为三以上的数连个名字都没有。而我们现在遇到的困难就是这种情况。长程量子纠缠是一个现实存在的现象，但大家以前没有意识到有这种现象，自然而然也没有描摹它的语言，也没有名词，也没有数学，什么都没有。我们最近的研究发现，长程量子纠缠不仅存在，它还有很复杂的结构，我们真的是没有语言能描述这些不同的结构。这些结构很重要，所以我们要发明新语言，科学的语言就是数学。也许，这个数学目前还在发展中，不像爱因斯坦用的黎曼几何，在他需要时的几十年前就有了。

长程量子纠缠需要的新数学，在数学里也重要。“科学突破奖”(Breakthrough Prize) 今年是第一次颁发给数学家。一共5名获奖人，每人三百万美元奖金。其中一人是雅各·劳瑞（Jacob Lurie）。他得奖的工作叫higher category theory（大约可译作“高维范畴理论”），或者叫做n-category theory（“n维范畴理论”）。这可能跟我们想要的数学有关。

但是这一数学，连大部分数学家都不做，是数学里的一个很高深的小分支。我最近的很多工作都是在试图把这个高维范畴理论从数学引入到物理里去。早期的时候，群论也是数学里的高深东西，但在七八十年前，为了研究对称性，群论被从数学引到物理里去了。现在我们遇到类似的问题，为了研究复杂系统的量子纠缠，需要把高维范畴理论从数学引入到物理里去。一个简单系统的量子纠缠倒是用不到那么高深的数学，而复杂系统（又叫“多体系统”），由于很多很多东西可以纠缠在一起，它才有长程量子纠缠现象。这种长程纠缠变得非常复杂，就要靠这个新的数学理论来阐明。

所以从某种意义上讲，现在的情况跟前四次物理学革命挺像的。需要新数学是新的物理革命的征兆。我觉得我们处在一个很幸运的时期。据说前苏联的著名物理学家朗道当年总说自己不幸运，因为朗道开展主要工作的时候都是上世纪四十、五十年代了，那时候量子力学框架已经基本奠定了，等他进入科学研究高峰期的时候，量子力学革命的高潮已经渐渐平展了。如果朗道赶上了量子力学的爆发期，他肯定会是一个能做更大贡献的人。相比之下，现在的人应该觉得很幸运，当然不见得每个做物理的人都这么认为，但我是这样看的，现在有很多新的东西等待着被发现。

一个很有意思的问题是，现在学物理的人基本都受过标准训练。被训练过的物理学家面对长程量子纠缠，会觉得很不舒服。因为新东西跟他以前学的东西离得比较远，人们一般喜欢做能被标准训练所涵盖的东西，比如，能被能带理论涵盖的自由电子系统。像我说的高维范畴学、长程纠缠什么的，都是物理学家不怎么被训练的内容，所以物理学家做这种工作往往觉得很难受。当然，不见得很多人认同我的观点，他们可能会想，你怎么知道量子纠缠就是未来基础物理学的发展方向呢，你怎么就这么兴奋，而我怎么就兴奋不起来呢？

每个人都有他的判断，根据自己的背景都有所思考。有人兴奋，有人不兴奋，这很正常。这就像欣赏艺术品一样，大家欣赏口味不一样，当然观念想法也会不一样。我觉得我看到了有价值的东西，就会兴奋，就希望跟大家分享。也许有人跟我口味一样，同样欣赏这些工作。科研就是这样，创新就是作自己最欣赏的东西，不管有没有别人在作。大家把自己觉得最欣赏的拿出来，如果有越来越多的人去欣赏你的工作，慢慢地就会成为主流。我的拓扑物态理论，等了十年，才被欣赏接受。当然，一直得不到欣赏的东西，一般来说可能就被淘汰了，这基本也是正常现象。

中国要搞创新，就要有敢于作自己最欣赏的东西的志气。科学训练最重要的内涵，不是学学公式，而是学习对科学工作的品味和感觉。这样你欣赏的东西，别人也欣赏，才能成大气候。中国教育要朝这方向努力。

真空
是0和1的海洋

《赛先生》：弦网凝聚理论是你近年来的一项重要的开创性工作，请介绍一下这一理论都解决了哪些问题。

文小刚：弦网凝聚正好跟上一个问题是密切相关的，就是“为什么量子纠缠，能够跟基本粒子的统一和起源有关系”。弦网凝聚就是把我刚刚讲的那些更具体化一些。

实际上，弦网凝聚的中心不是弦网，而是量子比特，而且这个理论的深层内涵是，信息和物质的统一，也就是说信息和物质是一回事。这听起来可能难以理解，人们往往说，信息都需要有个物质载体，都是物质携带着信息，所以信息是物质的性质，而不是物质本身。

但真要是追问物质起源的话，归根结底就追到信息上去了。这是因为如果说物质是信息的载体的话，就意味着信息仅仅是物质的部分性质，这个物质还有其他性质。换句话说，物质的有些性质是你要的信息，另外还有些是你不用的性质。但物质中, 相对于你要的信息多余的那些性质，其本质也是信息。这么追究下去，也就是说，这个物质本身就带信息的信息。如此看来，说物质可以完全等同于信息本身，也不奇怪。这看上去有点哲学意味了。

信息的基本单元是比特，其有0和1两种状态。因为我们要用到量子纠缠，我们这里的比特实际上是量子比特。关于基本粒子起源的弦网凝聚理论，其基本出发点，是认为我们的真空是量子比特的海洋，也就是0和1的海洋。这一基本观念，是一种“以太”学说。真空（或空间）是富有动态的量子比特海，0和1可以互相变，0变到1，1变到0。从这一观点出发，万物就都浮现出来了。比如光波，就是这个海洋里的0和1的一种波，而电子、夸克的起源也能搞出来。

但要同时搞出光和电子、夸克，我们需要长程量子纠缠。因为纠缠有很多很多种形式，0和1的海洋可以有很多不同形式的纠缠。不同的纠缠会给出不同的世界，我们的世界只对应其中一种纠缠，不是随便什么样一个海洋都能给出我们的世界。

在我们的世界里，光波满足麦克斯韦方程，电子满足狄拉克方程，是个很特殊的世界。如果量子比特海中的0和1只有短程纠缠，那么比特海中的波，不会满足麦克斯韦方程。所以比特海中的0和1，要有一个很特殊的长程纠缠才能给出麦克斯韦方程和狄拉克方程。这就是为什么150年来，以太学说一直不成功，一直得不到满足麦克斯韦方程的波：因为150年来，我们一直没有考虑有长程纠缠的以太，我们甚至想都没想到还有长程纠缠这个东西。在凝聚态物理的研究中，我们发现了拓扑物态，发现了拓扑物态的本质就是长程纠缠。这就是我们为什么说，凝聚态物理拓扑物态，给基本粒子的起源，提供了突破口。

物质起源的还原论

实际上很早以前，美国物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）就提出，信息就是物质，这一想法称为“It from bit”。在英文里，it就是物质，bit（比特）表示信息，意思就是物质从信息中来，这是很有名的一个观念。

但和早期的以太学说一样，约翰·惠勒的“It from bit”也不成功，因为它也没有考虑有长程纠缠。用物理的行话来说，比特（bit）是玻色性的，电子（it）是费米性的。长期以来，大家都不知道怎么把一个费米性的东西从玻色性的东西中搞出来，因为玻色性的东西跟玻色性的东西放在一起的话还是玻色性的东西，你怎么把玻色性的东西绑在一起，都出不来费米性的东西。所以虽然“It from bit”这个观念非常好，富有哲学性的漂亮，但物理上一直做不通。我们的世界太奇特了，光子满足麦克斯韦方程，电子满足狄拉克方程，电子还有费米特性，所以从bit出发，我们搞不出这东西来，想法是很好，但是不成功。

不成功的原因是什么呢？是因为，和早期的以太学说一样，“It from bit”也没有考虑长程纠缠。如果比特只有短程纠缠的话，那满足麦克斯韦方程的光子、费米性的电子,一个都出不来。但如果比特有一种特殊构型的长程纠缠，那就什么全都有了，这就是最近十几、二十年的工作。这到底是个什么样的长程纠缠呢？“弦网”就是一种用通俗语言对这种长程纠缠的描写。

我们的真空不是一个简单的0和1的海洋。我们的量子比特海中，这些1排成一串，就像根弦一样，是有些组织和结构的，就像纤维组成的弦状网状结构。我们的量子比特海就是这样一种弦网液体。而由这种弦网中的波，还真满足麦克斯韦方程。所以，你光看简单的0和1的波还不行，要1变成弦网之后，这个弦网的波就得出麦克斯韦方程了。

真空是有长程纠缠的量子比特海

但我们真空中有满足麦克斯韦方程的光，是否一定意味着我们的真空是一碗汤面？满足麦克斯韦方程的光，是否一定要起源于有弦网结构的量子比特海？一个假说能自圆其说，不能证明这一假说是正确的。但我对弦网理论很有信心。这是因为我们发现，有弦网结构的量子比特海，不仅能给出麦克斯韦方程，它还能自然而然地给出有费米性的电子。

我们真空里的弦都是闭弦，弦形成大大小小的圈，大部分圈和宇宙一样大。这样的真空里没有电子，而弦的密度波就是光波。但弦可以打开，成为有端点的开弦。这个端点就是有费米性的电子和夸克。这一下就把电子和光子给统一了，就这么简单。

这里我想强调，在弦网理论中，弦本身并不是基本构件，基本构件还是那个量子比特。弦网只是用来描写量子比特的长程纠缠。

总结一下，弦网理论假设我们的真空是一个有弦网结构的量子比特海。弦的密度波就是光波（电磁波），弦的端点正好是电子，电子和电磁有相互作用，这个相互作用正好跟弦的端点和它的密度的相互作用完全一样，完全能用弦网理论描写。除此之外，不仅电磁相互作用在里面，弱相互作用、强相互作用全在里面，都能起源于有弦网结构的量子比特海。就连弱相互作用的手征性，也能起源于有弦网结构的量子比特海。现在唯一解释不了的就是引力。

像我刚才说的基本粒子的起源和统一问题，以及引力和时空的起源和统一问题，这都是我们想做的基本问题。我们看到，量子纠缠和弦网凝聚理论可以具体解释基本粒子的起源和统一，可以把基本粒子和相互作用全部统一了（除了引力之外）。这使我们对这一思想方法有信心，希望能进一步解决引力和时空的起源和统一问题。

我想说，最近超弦理论取得了很大发展，揭示了几何与量子纠缠之间有非常非常深刻的关系，就是引力和时空与量子纠缠之间应该有非常大的关系。但这个关系还没有形成一个完备的理论。现在这个观念大家都在讲，很多征兆都有了，但数学上还没有把这个方程全写出来，还没有形成一个完备的理论。

《赛先生》：如何看待你的弦网凝聚理论与其他尝试性的解释大自然最基本作用机制统一理论的比较，如超弦理论、圈理论等？

文小刚：这个问题提得非常好。弦网理论、超弦理论、圈理论的目标都是一样的，就是基本粒子的起源和统一问题，以及引力和时空的起源和统一问题。只是解决问题的思路不一样。我的理论的思维是从一种演生的角度出发的。它的基本构建单元是量子比特，而我们的真空就是量子比特的海洋。我们世界的自然规律来源于量子比特的长程纠缠。某种量子比特的长程纠缠，能给出麦克斯韦方程和狄拉克方程。如果换一种纠缠的话，世界的规律就完全不一样了，会是另外一些方程。所以我强调是量子比特和它的纠缠，是这两种东西构造出我们的这个丰丰富富的世界。

超弦理论觉得电子、光子等基本粒子不是粒子了，而是一小段一小段的弦，是很小的弦，这种弦有各种各样的振动模式，它不同的振动模式给出不同的粒子。所以某种程度上，它还是有点还原论的思路，还是在找物质更小的基本构件。只是超弦理论说，电子不是最小的，每个基本粒子还有更小的组成部分，就是弦，是弦在小范围上的不同的局部运动方式构成了不同的粒子。

对比之下，弦网理论中的量子比特不是基本粒子更小的基本构件。许许多多量子比特遍布整个空间，形成和宇宙一样大的海洋。这个量子比特海的波动涡旋给出了各种各样的基本粒子，而不是说这些基本粒子是由量子比特组成的。这就是演生的观念。在超弦理论那，电子是一小段弦，对应于弦的一种振动模式；而在弦网理论里，电子是一根弦的一个端点。这根弦可以跟宇宙一样长，其另一个端点，对应于一个正电子，可以随便跑多远。

至于圈理论，圈理论的思路跟我的思路有点像，但圈理论一直不成功，它还不是一个完全能明确定义的理论。其本身作为一个量子理论，都是有些困难的，还缺乏严格的基础。大家对该理论做了很多近似研究后也得到了一些结论，但也不清楚这些结论是近似的结论还是这理论本身的结论。为什么呢？因为大家对目标都很明确，就是希望得到那个结果，所以可能是你取它的近似，使近似达到你想要的结果，但不清楚实际上能不能达到那个结果，所以这一点不太清楚。

我之所以说圈理论不成功，还因为圈理论和弦网理论一样，能很自然地解释SU（2）弱相互作用。但圈理论的目标是解释引力，它好像不能自然而然地解释引力。所以说圈理论更自然地是一个SU（2）弱相互作用理论，而不是一个引力理论。我挺赞同圈理论的思路，但圈理论本身的结构有问题，使得我们没法儿从理论本身的结构中推导出爱因斯坦的场方程。

《赛先生》：你怎么看待当今宇宙学里最大的，最令人困惑的暗物质和暗能量问题？

文小刚：这个有点不在我的专业里了。实际上，我并不是太清楚到底应该怎么来理解它。最简单的标准模型里没有暗物质、暗能量这样的东西，所以为什么有暗物质和暗能量就是个最大的疑问。

那我们应该怎么来理解这个问题呢？我觉得有两种看法，一个是，我们现在的标准模型不太对，需要扩张，应该有新粒子。那会怎么扩张就是很有意思的问题了。弦网理论导出的基本粒子理论不是标准的标准模型，而是变形的标准模型，它包括有新粒子。所以弦网理论提出了一个对标准模型的扩张方案。那么另外一种可能是，万有引力在大尺度下有偏差，这种看法也非常基本。但我对第二种看法不是太赞同。我觉得大尺度下广义相对论是挺漂亮的，只是小尺度下有问题，那是因为量子化有问题。所以我不觉得大尺度下广义相对论有问题。我比较赞同的是，也许是有一些其他的新的粒子。所以现在很多人也在找，如果真有新的粒子，标准模型真的需要修改的话，那当然是一个很大的进展了。因为我们现在觉得标准模型似乎把所有东西都解释了，没解释的东西也不多，如果暗物质真的是由于新的粒子引起的话，那就把标准模型的缺陷暴露出来了。所以我觉得暗物质、暗能量问题有可能会修正标准模型，会对发现新的粒子有帮助。但是再具体的东西，我也不是太清楚了。

“用孩子天真的眼光
来看世界”

《赛先生》：你读博士的时候，导师是当今物理学界大名鼎鼎的天才人物Witten，他还曾拿过数学界的最高荣誉“菲尔茨奖”，你怎么看待他的传奇？

文小刚：这样说吧，他的数学非常的好！他的物理也非常的好！他把自己称作数学物理学家。可以说，他能同时拥有物理学的思考和数学的思考。一般来说，用物理的想法看数学会很不自然，用数学的想法思考物理也很不自然，别别扭扭的。但正因为数学和物理思考方法不同，所以当两样东西凑到一起的时候，就能互相启发。比如说，有些东西在物理上很容易解释，用数学就怎么都看不清楚，这样就可以用物理的思路来诱导数学的发展。因为当用数学把物理上容易解释的东西严格做出来的时候，对数学就是一个很大的发展。有些数学上看得很清楚的东西，物理学家以前则没想到，也想不到，那你可以把数学引入到物理中去，对物理产生一个很大推动。Witten在这两个方面都做得很好。但他贡献最多的，我觉得是用物理直觉很大程度地推动了数学的发展。因为他在物理上的很多直觉，使他能看清楚数学家看不清楚的问题。所以凭借他的物理直觉，使得他在数学上做出了很多新的贡献。

当一个人站在两个领域交界处的时候，经常容易出成果，因为你对两个领域都很熟悉，你看问题的方法就跟这两个领域的人都不一样，就容易做出更好的工作，都一样的话就不容易出好工作。我觉得Witten是十分有这种优势的。

《赛先生》：你怎么看待广义相对论和量子场论的一致性问题呢？

文小刚：也许我们可以详细讲讲这个问题。广义相对论和（规范）量子场论是同一类型的东西，它们的缺陷在哪儿呢？在于广义相对论和量子力学的基本观念有不可调协的冲突。

杨振宁先生最近在《Physics Today》上发表了一篇文章（编者注：《赛先生》已于2014年12月4日刊出此文的中译版），他回忆了有关规范理论的一些历史。规范场的思路是爱因斯坦首先提出来的。最简单的规范场是电磁学，麦克斯韦方程就是规范场的方程，不过那时大家不那么想。是爱因斯坦的广义相对论，首先用那种局部相对的观点来看问题，把规范概念、相对论的概念提出来。数学家外尔（Hermann Weyl）非常欣赏爱因斯坦的思路，他说既然在相对论中，你的（局域）方向可以是相对的，那我的（局域）单位也可以是相对的。比如说两个地方有两个局域的方向，它们一样不一样，你要比。但要比较不同的地方的两个方向，你要把一个地方的方向，变换到另一个地方，才能比。这就是相对论中方向的相对性。外尔说，那每个地方也都有局域的单位（就像每个国家都有自己的货币）。两个地方的量一样不一样（如在两个国家的存款一样不一样），你要把一个地方的量，通过比较单位，变换到另一个地方，才能比（你要把一个国家的存款值，通过汇率，变换到另一个国家的，才能比）。所有不同地方的单位比值，可以用一个场来描写，这个场就是规范场（所有不同国家间的汇率就是规范场）。所以规范（gauge）的意思就是单位（unit）的意思。外尔觉得电磁场应该就是这种规范场，但发现不行，不成功。后来发现外尔的想法大方向还是对的：电磁场实际上不是源于局域单位的相对性，而是源于量子力学中局域相位的相对性。这样，电磁场就跟数学里的纤维丛完全联系起来了。这种关于电磁力和引力起源的观念，很几何也很漂亮。方向的相对性给出引力，相位的相对性给出电磁力。这样一来，从某种程度上讲，一个物理的新时代就开创出来了，就是用几何纤维丛的思路来描写物理、研究物理。用几何的眼光看世界。

实际上，量子场论和广义相对论都是这种思路，但是这个思路跟量子力学有一些冲突。最著名的就是，为什么引力无法量子化（即搞不出量子引力）？虽然纤维丛黎曼几何理论很漂亮，但它跟量子力学有冲突。关键问题在哪儿？我们知道，几何纤维丛跟牛顿的微积分，是一类东西。但是量子力学是线性代数，是代数那一类的东西。几何和代数在数学上是很不一样的东西，有点凑不在一起，所以就会惹出问题。

我想用量子纠缠【注1】来统一基本粒子和引力，用的是一个全新的思路，一个代数的思路，和几何纤维丛的思路完全不同。也可以说是想用代数的办法来看几何，用代数的东西来看纤维丛。过去爱因斯坦把我们引入了用几何眼光看世界的思路,它主导了物理学一百多年的发展。但我觉得这个方向有点不对，应该用代数眼光看世界，理解世界。所以我觉得，这看上去就好像是爱因斯坦误导了物理一百多年。当然，不能说是误导，那些几何方法是很漂亮的，而且在历史上，它们很大程度地促进了物理学的发展。但现在，到了用新眼光看世界的时候了。

我讲的代数思路是一个非常根本性的东西，就是完全不用几何流形来看世界，完全从代数纠缠的角度看世界。我想要把几何流形的观念用代数纠缠搞出来。因为代数就是一大堆的0和1，怎么搞出一个连续的几何流形的东西，是挺大的一个挑战。这就是量子引力的挑战。但这个代数思路慢慢发展着，好像越来越有戏了，除了广义相对论还搞没出来以外，其他（如规范场、费米场）都能做出来。某种程度上讲，第二次量子革命有多根本，就体现在这里，我们的世界不是几何世界，而是代数世界，是0和1这种根本特点是离散型的东西，其纠缠又给了我们一个类似于连续几何的印象。实际上，几何跟我们日常生活的体验更接近，几何是更接近于牛顿的经典看法，所以几何容易被人接受。而代数是量子力学的方法，用代数方法看世界更难被接受。

2014年11月刚刚去世的数学家格罗滕迪克（Grothendieck）的最大贡献，就是引入代数几何，他用代数来看几何，是真正的代数几何的鼻祖。我听别人这样介绍过，实际上我是这方面的外行，如果你问一个数学家，他也许会说得更清楚。从欧拉开始，几何学传统的观念已经深入人心了，所以他发现发展这一全新的眼光，是了不起的。格罗滕迪克不是出于物理的动机来获得这种思路的，他是觉得用代数眼光去看本来就对，是最自然的眼光。

历史上，物理学家们很想用几何的眼光看世界。现在他们开始用代数的眼光，用量子的眼光看世界，是没办法的办法，不得已的办法，是被自然界硬逼着这么去想的。因为我们以前的几何观念，在微观尺度上，跟自然界格格不入，已被实验否定。被逼到了这份儿上，才把量子力学（代数眼光）逼出来。而格罗滕迪克这样的大数学家，没人逼他，他自己自然而然就想到这。

格罗滕迪克一个重要的经验就是“用孩子天真的眼光来看世界”【注2】，他说自己之所以能做出这些伟大的工作来，最深刻的经验就是这个。所以，你学得太多的话，你做事情就有很多的范式和框框，想问题都是按被教授的东西来想的。头脑里不必要的条条框框太多的话，你自然而然就只能跟前人的想法一样，那就创造不出新东西了。所以我特别欣赏格罗滕迪克的这句话，他像小孩儿一样天真，没有任何包袱，这样才能全心全意地感受到真实的世界，否则你感受到的都是条条框框描摹的不真实的世界，触及不到世界最本质、最根本的东西。我是没有达到他那个水平，所以我看了这些关于他的东西后挺有感触的。

当然被教授的知识很重要，因为要是没这些知识，有时候可能你连边也够不着。科学是有它的底线的，是要能够被证伪的。所以说，做科学要创新，要去开拓未知世界，要冲破条条框框；但你做什么问题，总得着点边际，能够被证伪。如何平衡这两方面，来做创新工作，做来突破对已知世界的极限，这都是科学家要掌握的东西。

“猜”的学问

《赛先生》：你曾在专著里提出过“新颖比正确更重要”，这句话应该如何理解？

文小刚：这里我想强调的就是要猜。当一个未知的事物出现的时候，我们怎么去了解它，甚至连描写它的语言都没有的时候，我们该怎么思考呢？一个做物理的人怎么能想到这些全新的东西？这就要敢想敢猜。我经常说，要有非逻辑的思考，要有天马行空般的联想。多猜一猜，也许慢慢就能拼凑出来，是怎么一回事儿了。

很多中国学生由于高考的原因，受到的科学训练非常严格，但严格都严格在计算上，就是题已经出好了，你给我算出来。学校教育就是告诉你一大堆知识，你把它吸收掉。学生都是在吸收知识、消费知识，做计算，然后掌握知识，学校不太注意让大家去胡思乱想，去猜。但是做研究，猜是特别特别的重要。如果仅凭推导演算的话，那就完蛋了。为什么呢？因为你推导演算什么问题，你总得有个数学框架，有个什么东西供你去推导演算，这些都是老东西，都是在以前的框架里头琢磨，所以光推导演算的话就跳不出那个框子来，得不到新的东西。

像我前面提到的几次物理革命，都是全新的东西，理论提出以前，连名词、语言都没有，什么都没有，你怎么去想，怎么推导演算，这是一个基本问题。其实我也不知道怎么想，我经常也做得不是太好。但我觉得，就算什么都没有，也能想。这是非逻辑的、片断的、互相矛盾的思考猜测。但吭哧吭哧这么搞，最后也许就能拼凑点什么出来。做物理创新，需要在什么都没有的情况下，还能够去做工作。

强调新颖比正确更重要，是强调大胆猜想，对不对以后再说。如果你光寻求正确的话，不容易跳出原来的框框。如果你想新东西，哪怕它不正确，哪怕自相矛盾，说不定以后修修补补能把这矛盾解决掉，也许还能有个全新的东西跑出来。而且一般来说，就算你想错了，事后大家查一查，发现哪里错了，也容易修正。但如果你连个想法都没有，那就什么都没有了，也就无所谓修正不修正了。

《赛先生》：那么这也是你带学生的方法吗，鼓励大家去猜？

文小刚：我是鼓励他们猜，但不太容易。因为这种思路等人到了研究生阶段已经比较难培养了，实际上小学生的时候就应该这么想。至于带研究生，我主要还是教学生们一些研究的经验，鼓励学生一起讨论问题，希望从我们讨论问题的过程中，让他们学到我的一些思考方法。其中关键是，脑子里要有很多很多对自然的疑问，这个很重要，有这些问题的话，你才能老去想去猜这些问题的可能的解决方法。因为这些问题蕴含了很多矛盾，你得猜怎么能把它们凑在一起。不一定要用推导的办法来解决这些矛盾，主要是东凑凑、西凑凑，东猜猜、西猜猜的这种思路。但这跟中国现在的教育方式有很大冲突。

我是在文革中上小学、中学，种种机遇，碰巧培养了这样的思路。我喜欢看各种各样的书，但在文革时期，也没有什么书好看。科学书就两种，一个是《十万个为什么》，一个是《科学小实验》，这两套书我看了不知道多少遍。但这种书对一个小学生来说比较吃力，它讲了很多有关自然现象的知识，但真正的科学的背景原因我并不知道，所以一堆东西就这么乱七八糟塞进了脑子，各方面也凑不到一起。

到我上大学的时候，开始读各种各样的科普文章，也是乱七八糟的东西凑在一起，脑子里就跟一锅浆糊似的。你总是觉得一锅浆糊不好，总会想着怎么把它排一排，顺一顺。科学知识没学到家的时候，就是自己胡诌一通，硬凑到一起。但这个过程特别重要，我一天到晚就在那猜猜想想，得到很好的锻炼。反倒是假如已掌握的知识都齐了，思维就死了，猜猜想想的锻炼也没了。课本上把什么事情都解释了，就把你猜的机会也给剥夺了，一看到这个现象就知道是这个知识解释，看到那个现象就知道是那个知识解释，自己就不去想了。所以，在学习课程之前，碰到一个现象，就自己先去想想，想法不见得对，但过程特别重要。一旦你脑子里有了这个问题的思路以后，你知道上一门课到底是要解决什么问题，这样上课效率就会很高。这是我自己学习的一个很重要的经验，我称之为“零碎学习”，就是零零碎碎、莫名其妙搞一大堆东西，然后自己试着拼拼凑凑，猜来猜去。上课的时候也按着安排上，课堂知识能解释很多疑惑，但你还是有很多其他东西可以继续猜啊想啊，养成这种猜想习惯。

《赛先生》：可能每个人学习过程中都有过类似的体验。

文小刚：对，都有，但现在我们的中小学教育把这个完全杀掉了。我觉得我这一辈子就是在一大堆的知识里，努力把它们都拼到一起去。我们会发现很多课本上的东西都说得冠冕堂皇的，实际上如果你真的深入追究的话，很多现象并不像书上解释得那样天衣无缝，它有很多内部的问题在里头。所以这些问题就变成新的问题，又塞到你的脑子里，让你想办法去补上欠缺的东西，直到这个理论真的完成了。如果课本知识讲得特别完美的话，反倒完蛋了，学生就觉得没什么好做的了。如果一名老师上课的时候告诉学生，书上的知识解释了一部分问题，但还留了更多的问题，那学生学完了以后就会有新问题去思考，使得人类知识可以进一步往前发展。但有些老师觉得，自己有疑问，有不知道的东西的话，脸上挂不住，知识是完美的对学生才好，实际上这是不对的。老师不仅仅要传授学生知识，还要传授疑问，好叫学生继续想下去。如果从小养成不断发现问题的思维习惯的话，自然而然就比较容易做出开创性的研究工作。

《赛先生》：在这一点上，你觉得中国的学生和国外的学生差别大吗？

文小刚：差别挺大的。中国学生基础是很好，他知识掌握得很好，这点毫无疑问，知识掌握得也很深。但问题是，中国的教育把学生胡思乱想、敢想敢猜的机会给剥夺了，把知识切成一块一块的，然后一勺一勺喂你，反复机械练习，学生就没有机会自己去想，去判断，去疑惑，去提问。

而美国的教育相比之下就好得多，它一个学期里有很多研究项目（project），这个project要你从提什么问题，怎么组织信息和知识，怎么论证，怎么说明等一整套东西，都要自己搞出来。

我见过一个挺好玩的project，让学历史课的高中生研究美国总统怎么做战争准备。就是假设你是美国总统，要发动战争，你到底该怎么办？那么各种各样的东西就要你自己想了：什么叫做战争准备，该怎么动员，是不是要在舆论上做些什么工作，是不是要在生产上做什么工作呢？老师不会提前告诉你，你要自己想。进入这种情境后，你会真的去想种种过程，以及战争之后怎么办，什么事情重要，要怎么去做，然后你查查历史上像罗斯福是怎么做的之类的，再来和自己想的比较一下。这不是我们有一个范式摆在那的解题教育，是启发性的。所以美国教育是有优势的，它培养的学生更能独立思考。

从我看到的研究生来看，美国或其他外国研究生，总体上他们自然而然就能到那种状态，但是很多国内的学生，就要你领着，他脑子里没有问题。你要给他一个问题的话，他一个礼拜就能给你解出来，但你要不给他问题的话，他就没有问题去解决。

发展全新方法
看问题更重要

《赛先生》：你曾经说过，最好的科学不是解决问题。

文小刚：对，是这样。不过这其实是科学政策的问题。中国有一个很不好的情况，就是把科学和技术混起来，很多所谓的科学政策和技术政策都是不分的，结果相当于政策都是技术政策而不是科学政策。技术问题或工程问题是以目标为导向的，就是说我有一个很明确的目标，我要达到我的目标，这是很有用的思路，但这是技术或工程上的思路。

但科学目标是迥然不同的，它不是解决问题，是开拓知识的疆界。我们除了知道的东西，还有很多不知道的东西，甚至我们不知道还有哪些是我们不知道的东西。对知道我们不知道的东西，我们还可以去攻关，但还有我们不知道我们不知道的问题呢。所以，科学更重要的创新就在于提出问题，要开拓新知识就要能够提出新问题，但这也不是那么简单的。这就是说，如果你有问题的话，说明你已经是在以前知识的范畴内了；而有的时候，你问题都提不出来，因为你都不知道那是什么东西，连提问题的语言都没有。这跟我之前讲的很有关系。在这个状态下，我们怎么继续往前发展，怎么继续做工作。

这就要说国内的政策环境了。因为国内很强调某一个人把什么问题解决了，让公众感觉是很了不起的科学工作。这确实是一个了不起的工作，但还有更了不起的就是提出这个问题。因为大家想问题都有一种思考方式，有时候会有人以全新的角度全新的办法来看问题，这一类的进展我觉得更重要。因为遇到复杂的问题，有时候需要全新的思考方式来解决它，这种新的解决方式非常重要。而解决问题是纯技术活，虽然也难，但解决问题的方法还是在老框架下做的，这种问题我并不觉得有多重要。比如说解决一个哥德巴赫猜想本身可能并不那么重要，更重要的应该是，他解决问题的方法是否有很大的借鉴性和普适性，能否用到其他地方去继续解决问题。

所以说不应该把科学目的当做是解决问题，科学更重要的东西是发展一套全新的思路，全新的看问题的方法。

《赛先生》：不过好的科学是一定能解决问题的，不能解决问题就不是科学。除了解决老问题，还能给出新的预言。

文小刚：对，这我很同意。如果你以正确的方法解决了原来的一个难题，那么往往这个正确的方法还有很多其他的应用。也就是说，它会给出其他的预言，给出一些新东西。比如我刚才举的例子。麦克斯韦方程的“以太说”一开始做不出来，觉得什么媒介都给不出麦克斯韦方程来。后来，用弦网的量子纠缠思想，把麦克斯韦方程搞出来了。结果发现一石二鸟，电子也做出来了。以同样的思维方法，不仅把麦克斯韦方程解决了，狄拉克方程也解决了。原来还觉得麦克斯韦方程都搞了半天搞不出来，狄拉克方程想都不要想。结果新的思维方法，不仅把麦克斯韦方程搞出来了，狄拉克方程也搭班车一通都解决了。所以我说，如果你光有一个方法把麦克斯韦方程解决了并不是太重要。但量子纠缠这种新思路很重要。如果你有一个新思路新方法把原来想解决的东西解决了，新思路新方法还会解决更多的问题，有更多的理解，自然而然地拓展了知识的疆界。

总而言之，用科学来解决问题很好，但如果总是用老想法老思路解决问题就不那么好了，我更关心解决难题的方法是不是新的，还有没有其他的推广应用，这比解决难题本身更重要。

“中国已经到了
创出风格的阶段”

《赛先生》：说到科学政策，你觉得现在中国的科学发展模式，还有什么地方值得反思？

文小刚：也不能说反思。因为中国的现代科学从一开始就处在追赶西方的状态。文革时，大家靠资历来评估人的贡献，工龄长的待遇就高；后来改进了一下，开始数文章，看谁发表的论文多；后来又改进了一下，变成数权重，数文章发表在一流刊物上的比重。我认为这都是进步，都激励了中国科学的快速发展，所以不能说有什么反思，中国走这条路也挺自然的，而且也挺成功的。因为它的起点在那儿，它是从那儿一步一步走到现在这个地方的。就算让我一开始管这事，我也没有比这更好的招儿。但是，再下一步，我们就该去创新了，而不再是赶和超了，要引导潮流，要有中国的风格。

《赛先生》：你是觉得中国的科学积累已经到了这个阶段了吗？

文小刚：已经到了。我们要有中国的风格。前苏联有前苏联的风格，美国有美国的风格。看看前苏联和美国等国科学家的工作,都能体会到它们各自的风格。不能说前苏联比美国好，或美国比前苏联好，它们用自己的风格已经闯出一片自己的天下了。我觉得中国已经到了创出风格的阶段了。我经常说，中国现在要的就是自信。

现在中国学生的基本功已经很好了，但要敢想敢猜，敢去做别人不做的东西，就是敢去自由发挥，敢去东搞搞、西搞搞，只要敢做就行。我觉得中国已经到了这么做的阶段了，即使没到也要敢于去做。做研究从来都不是全学完了再做，而是边做边学，边学边做，如果你不敢去做，那你都不知道自己缺什么，又该学什么。现在中国的实验设备等各种基础设施都挺好，但我觉得中国有一种不好的心理，就是如果我做的东西没人做，就特别心慌；觉得没人做的玩意儿，大概都是垃圾。但美国风格是越另类越好，如果自己做的东西跟别人不一样，他们好高兴的。

“资历深”
是个反义词

《赛先生》：这跟我们的学术评价体系也有关系，做新东西的压力很大。

文小刚：对，很有关系，如果说中国学术环境应该有什么改进的话，我觉得就是学术评价体系，要考虑该怎么评价一个人的工作。一般来说，如果用数文章来评价，让大家比发表文章数和引用数，那你做别人不做的东西的话就评不上去，也没法儿造势，没法儿造势也许你就拿不了大钱。但我觉得，对做理论的人来说，这不是大问题，因为就算只是拿到点小钱，其实也够了。一些面上基金的钱并不是太难拿。你不要拿“973”之类的重点项目，拿几个小钱自己做就是了，只是可能做不出大的声势。如果做研究是为了满足自己的好奇心，是为了追求科学的美，造不出大的声势也没关系。但中国的学术环境，比较强调功利。如果你做一个全新的没人做的东西，一个既没有功又没有利的工作，造不了势，别人可能就会不重视你，觉得你评什么都评不上。所以现在的科学评价体系，使很多人选择研究课题的时候，考虑的是怎么能对评“杰青”有利，对评“百人”有利，怎么能把发文章的数字搞漂亮点，因为这样干就什么好处都来了。

但美国就要好一些，美国的很多评估是靠专家写推荐信。中国看文章或看引用数的评价方法，本质上反映的是一个领域内只有平均水平的工作者对你的评价，而专家的评价更有前瞻性。可能你的东西现在并不是很热，但如果专家觉得这个工作很新，很有希望，有可能会引导新的潮流，那说明你的东西是不错的，有些专家是可以率先看出一个工作的价值的。

在美国，专家主要都是在一线工作的人，而不是资深的老人，二者之间的差别很大。在中国，“专家”往往有另外的含义，指资历很深的人。但在我的词典里，“资历很深”是个反义词，意味着他头脑里的老东西太多，老东西越多，条条框框就越多，对新东西就更难接受，所以像我说的那些东西，一般都是资历深的人不接受的。

“美国的学术界
一点都不民主”

《赛先生》：你的弦网凝聚理论提出后，似乎有好几年都没有太多人跟进。

文小刚：直到现在也没有太多人跟。其实我最开始提出的比较新颖的理论，拓扑序拓扑物态理论，是一度最受冷落的。拓扑序（topological order）是我在1989年提出来的，那会儿刚提出来的时候，没人理，而且很多人觉得莫名其妙。但是我自己喜欢，一直在做。就这么做了差不多十年时间，才有其他的研究小组在他们写的文章标题里用了“拓扑序”这个词。之前要有“拓扑序”这词的话，一定是我自己小组写的文章，其他的组连这个词都不用。

但只要你自己喜欢，做下去就是了。好在在美国，我也做其他的工作，也有别的文章可拿出来发，所以经费上也没有感到太大的压力。这就是说，做一些所谓“有用”的东西拿到钱，然后用这些“无用”的东西满足自己的好奇心。当然，对我来说，这并没有太大的差别，因为我也有很多东西是我既觉得很有趣，也能拿到钱的研究，但拓扑序这个理论是经过了很长时间才被认可的。这也是经常发生的事情。

另外一个例子是量子计算。量子计算上世纪90年代初就有了，但中国那个时候，谁要做量子计算的话，很可能拿不到经费，就被扼杀掉了。到了大约1997年、1998年以后，这个领域起飞了，中国才有一大堆人开始做，可这时候做就有点晚了。那么怎么鼓励大家在早期时就做量子计算这种超前的工作呢？这体现的就是科学评估体系的效率了。相比之下，美国以推荐信来评估一个人工作的制度是比较有前瞻性的。这种制度由在一线工作的专家评审来判断，所以这些一线工作的领头人的评价和意见非常重要。一般来说，获得tenure（终身教职）就是靠这些人，都是找这些人。获得tenure是最重要的一步。如果这些人认可了，你得到tenure了，那就算是在这个领域站住脚了。你要是tenure不了的话，就只好转行，这个领域就没有你这个人了。某种意义上讲，美国的学术界一点都不民主，有“专家治国”的意思，各个领域都是由参加一线工作的专家在把持。

《赛先生》：而我们是靠政府官员来主导的。

文小刚：对，非常不一样。

《赛先生》：那么美国这种机制会不会误伤一些特别创新的东西？

文小刚：基本上不会。例外的情况比较少。因为这些专家并不是同一类人，他们都很有个性。虽然做的问题方向一样，但是思路不一样，所以我想他们之间也是互相制约的。这些人提出的综合意见，某种意义上还是靠得住的。如果一个领域的领头人物都是一个体系出来的，大家都是一个风格，那就很危险。因为不是自己风格的他们都看不惯。但总体上来说，美国很少发生这种状况，因为它不狭隘。

但中国有些时候是这样的，我培养的学生我自己收，一个系的整个学科，都是一个体系传下来的，这在美国是绝不允许的。如果一个人是这个学校毕业的，几乎就等于断了他再回到这个学校任职的路了。博士毕业，很少留校做博士后。总之，假如你老板在这个学校，他的学生就一般不太再回来。除非是转行了，改行做跟老板不一样的东西。否则学校会说，我们有一个这样的人了，还要第二个干什么。美国高校会特别注意防止形成一个学派，所以资源都是散开的。

《赛先生》：国内的科研经费分配模式往往倾向于纵向安排，容易形成各自的部门利益。

文小刚：对，这种情况在美国很少见。我曾在北大清华介绍过麻省理工学院（MIT）的学术评估体系，从招研究生，到招助理教授、评tenure都讲了一遍。因为学术评估体系里有很多环节，有很多可能出问题的地方，比如纵向地形成一个学派，或者不接受外来风格之类的。但在MIT，有很多重要的细节安排，都避免了这些问题的发生。比如说像tenure评估，系里人的意见是不太重要的，主要看系外人的推荐信，所以在系里拉帮结派是没用的，你要名声在外才行，所以很难形成一个学派。我知道清华、北大现在也在借鉴这样的体系，但借鉴要借鉴到那些技术细节。俗话说，魔鬼都在细节里，要把各种各样的制约因素都考虑好，因为有很多程序都在发挥着重要的制约作用，否则无法保证这套体系可以成功。

什么是好的工作？

《赛先生》：有人说你是一位具有艺术气质的物理学家，你觉得科学和艺术有什么联系吗？

文小刚：我觉得科学和艺术是通的，就像刚才我们讲的，我比较讲究知识的开拓性。人如果要开拓知识，就得有恰当的做研究的价值观和研究动力。如果我的目标就是挣钱，那我就应该去创业。想挣钱也是也很正常的价值观。但做科学，首先要放弃这种价值观，如果把金钱作为做科学的价值观，就比较不合适。因为科学追求一种美，这点和艺术是相通的。虽然有人做艺术的初衷，是做艺术可以多赚钱，但这样的人一般很难做成大家，可能赚钱上比较成功，但如果以对艺术的贡献来评价的话，就很可能不成功。同样地，科学想要的是开拓新知识，你要想怎么努力才能创新，才能得到更多的新知识，这里是没有金钱价值观的位置的。科学是以好奇心、求知欲为动力的。你觉得这东西好玩、有意思，就行了，这点跟艺术很像。在艺术上，画什么样的画，什么是好什么是不好，都是你自己觉得好就好了，你自己喜欢这样就这样。

所以我觉得，做科学，研究人员要以好奇心，以自己对美的判断来判别哪个工作好哪个工作不好，哪个方向好哪个方向不好，自己到底该怎么做，这样才是比较合适的。但是什么叫做“好”呢，基本上你自己觉得是好的就好了。同时你也希望，自己对好的标准的判断能够被大家认可。你欣赏的东西，大家也欣赏，大家也跟着做，这样就形成了自己的风格，引导了一个潮流。有一些工作，是短期大家就能认可的；而有一些工作，要经历比较长时间才能被认可。如果你有一个“艺术”价值观，你就能坚持自己的看法，坚持自己对美的追求。所以我说中国人要有自信，要能自己制定“好”的标准。如果你觉得好你就做，别人觉得你做得好，会跟你一起做，你的风格就起来了，你就变成引导潮流的了。而如果你老是没有这种自信，不这么做的话，永远成不了大家。我们上学固然是为了学知识，但更重要的是，我们希望在学习的过程中，建立起好的价值观，培养好的审美能力。这样你自己欣赏的东西，别人也会欣赏。用你的欣赏力作为指导，做出的东西，以后会成为能留下来的东西，是别人喜欢跟你一起做的东西。

由于每个人对美的定义都不一样，所以科学有各种各样的风格和形式，非常丰富，不容易形成一个唯一的学派，这样整个环境就比较健康，这点是科学和艺术相似的地方，所以做好科学的思想方法跟做好艺术的思想方法是很接近的，都要建立在对美的追求上。科学发现的过程和艺术创作也有相似的地方。作画是在一张白纸上画东西，有点无中生有的意思；科研创新也有无中生有的过程，要走别人没走过的路，在一片空白的地方慢慢做出个新的东西来。这个过程要你构思从大框架到小框架的所有细节，而不是在已经有了框架的地方去加点东西填空，不是找答案，不是解题。科学家和艺术家都强调创造性，而不是强调实用性。

虽然不是强调实用性，但科学是有基本底线的。科学的东西都是可以被验证的。一般来讲，“民科”是最创新的。他们自己有些想法非常好，那种思维方式我也很赞同。但有一点是，他们好多论述是不科学的，也就是不能被证伪的。如果不能被证伪的话，那就变成没有意义的东西了。所以你首先要学会，如何说有意义的能被证伪的论述，哪怕说错了也没有关系，只要有意义。说得多了，总能说对一次。但如果论述不能被证伪，那比错的论述还差劲，这样就会有问题。所以大学或者研究生的训练，会让你知道，哪一些论述是可以被检验对错的。要懂得怎么说出有意义的话，需要一些严格的科学训练，如果光强调创新就会有问题。

物质起源是科学问题，
不是哲学问题

《赛先生》：你曾经写过对《道德经》的理解，你很喜欢读《道德经》吗？

文小刚：对，我是老子的粉丝。所谓 “道可道，非常道；名可名,非常名”大约有“能说出来的东西，不见得是永恒的东西”的意思。因为人们通常会被现有的理论和观念所限制，不要认为我们能说出来的东西，书本上的东西，就是我们的世界。我们的世界比我们能够描写的，能够说出来的，还要丰富，还要广泛。《道德经》阐述了这一观点。

实际上，我们的理论从来都有局限性，我们总有理论之外的东西。所以我们做理论，特别是要想发展开拓新知识的时候，就要特别注意这一点，还有很多未知的世界在等你去发现。我觉得《道德经》在这一点上还是挺深刻的，某种意义上讲，我觉得《道德经》是关于理论的理论。我是挺喜欢《道德经》的，但《道德经》中没有具体的东西。

《赛先生》：它毕竟不是科学。

文小刚：但它强调有未知的世界，强调未知性，这点挺不容易的。因为很多知识都强调它自己的完备性，而不去强调我有什么东西是不知道的。

但是，要追求对世界本身的解释，最终还要超出哲学的范畴。比如当我讲“信息就是物质”时，这不是一个哲学阐述，我要具体把麦克斯韦方程、狄拉克方程给推出来才行。不是你说什么信息是物质就是物质。光说谁都能说。我要说信息是物质，物质与信息是统一的话，我就要对它负责任，我要把物质中的麦克斯韦方程、狄拉克方程、电子、质子等，都从量子比特推导出来，我才能说这句话。因为电子的费米性都在那摆着，你说的信息出不来这些性质，那它就是错的。

但到这一步，是最近十几二十年才做出来的。基本粒子有很多基本性质，像自旋、费米统计等等。以前大家从简单的量子比特推不出这些基本性质，导致大家认为这些基本性质是上天给的，是推不出来的，是我们理论的出发点。而我认为这些基本性质不是出发点，它是由量子比特的纠缠产生的。从纠缠就能导出这些基本性质，所以我们没有必要把它当做是一种上天给的，推不出来的出发点。只要我们有量子比特，有纠缠，就全都有了。这就是科学和哲学的不同。科学的目标是解释我们的现实世界。科学的动力是对美的追求。

注1：

量子纠缠是量子体系状态的性质：量子力学中不能表示成直积形式的态称为纠缠态。举例说明：考虑两个体系（如两个比特），每个体系有两个态，0和1，那么两个体系总共就有四个态：00、01、10、11。在量子力学中，我们有新形式的存在——这些态的“混合态”。（这种新形式的存在没有经典对应，是量子力学的新概念。这也是量子力学的精髓。）我们用00+11 来标记这种新形式的存在，其代表00和11的“混合态”，00-11是另一个这种新形式的存在，其代表另一个00和11的“混合态”。类似00+01+10+11是00、01、10，和11的“混合态”。00+11和00-11都是纠缠态，因为其中第一个体系，既不是处于1态，也不是0态，甚至不是0和1的任意一个“混合态”。其第一个体系到底是处于1态还是0态，与第二个体系是处于1态还是0态有关。这就是量子纠缠。00+01+10+11不是纠缠态，因为其中第一个体系总是处于0和1的一个“混合态”，x态，x=0+1，和第二个体系无关。第二个体系也总是处于0和1的一个“混合态”，x态，x=0+1，和第一个体系无关。这是因为xx=（0+1）（0+1）=00+01+10+11。

纠缠态之间的关联不能被经典地解释。所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题。

（该定义为文小刚所加）

注2：

“然而，不管格罗腾迪克的成就多么杰出，他将自己的创造力归因于一些很卑微的东西：一个孩子的天真而热情的好奇心。‘发现是这个孩子的特权’，他在《收获与播种》（第1页）里面写道，‘他不会由于老是犯错、看上去像个傻瓜、不认真或者不像别人那样做事情而去害怕。’ 对于发现和创造的工作，格罗腾迪克将天资和技术能力放在孩子希望明了事务的单纯渴望次要的位置上。这个孩子存在于我们每个人身上，尽管它可能被边缘化、忽视或者淹没了。‘我们每个人都可以重新发现，发现和创造究竟是什么，而没有人可以发明它们’（《收获与播种》，第2页）。”

“这种孩子式的好奇心的一个方面是对于真理的严谨忠诚。格罗腾迪克教给他学生写数学文章时的一条重要戒律：永远不要说错误的东西。几乎或者本质上正确的陈述是不允许的。 ”——摘自《仿佛来自虚空》

（注2为编者所加）

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