@ 2016.01.11 , 14:46
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物理学家与哲学家达成共识:弦论不是科学理论

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(Christian Charisius / Reuters)

2015年12月初,上百名世界上杰出的科学家、哲学家和理论物理学家们集聚一堂,在德国慕尼黑大学召开了会议讨论基础物理学如今面临的科学理论界定的问题

一年前,物理学家George Ellis和Joe Silk在《自然》杂志上发表了一篇引起争议的文章,倡议召开一个这样的研讨会(见煎蛋《无法被证实的科学理论是否应被看作是哲学?》)。

诺贝尔物理学奖得主戴维·格罗斯(David Gross)在开幕演讲上试图告诉大家哲学对物理学没有帮助。他引用理查·德费曼(Richard Feynman)的话说,“像是鸟儿们需要鸟类学家一样,物理学需要哲学家。”

但现实中的基础物理学研究正在面临挑战

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戴维·格罗斯在演讲。(Laetitia Vancon / Quanta Magazine)

在过去的几十年里,弦理论一直被理论物理学爱好者所热衷讨论。弦论成为了美国80年代后物理学界最有影响力的理论。无数装帧精美的科普书籍,恢宏大度的电视节目,气吞虹蜺的TED Talks都以它为焦点。资深的理论物理学家们用简单的语言来介绍它,让普通民众爱上了这个不需要通过复杂公式来理解的理论

而此次慕尼黑会议得出的结论是,弦理论还没成为一个科学理论

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(Laetitia Vancon / Quanta Magazine)

用风靡全球的纪录片《优雅的宇宙》中的话解释,在弦理论中,世间所有的物质和能量都是由10^-36m大小的振动的弦和“膜”构成的。绝大多数有关弦论的公式是建立在11维空间之中。1974年史瓦兹(John Schwarz)发现了弦论与重力之间的联系;1995年爱德华·威滕(Edward Witten)又提出了M理论,进一步丰富了弦理论

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人类可观测到宇宙中范围相当大的一部分(白色区域), 但现代物理学正在对这范围以外的地方进行研究(灰色区域)。(Tynan DeBold / Freepik / Quanta Magazine)

反对弦论的人们认为,物理学家们不应该把精力放在那些现阶段已经知道无法用实验证明的研究之上。60年代以来,没有发现任何能证明弦论的实验(如预计未知粒子的质量),与弦论相关的多宇宙论更是超越了现实世界的范畴。

问题回到了经验主义(empiricism)与理性主义(rationalism)之间的辩论。物理学家和弦理论家作出了不同的选择。而在过去,理性主义者的理论最终大多都被无情地证伪。在近年,暴涨理论已经被认定为不科学,就是因为该理论宽泛至无法与现有观测产生关联。

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弦理论的坚定支持者、哲学家Richard Dawid是那篇《自然》杂志上的文章批评的对象之一。他持有的“非证实性理论评估”(non-empirical theory assessment)在理论物理学界有着悠久的历史,但缺乏坚实的哲学依据。此次会议过后Dawid仍然没有改变自己的看法,但其余的专业人士达成了共识。

参与会议的哲学家和物理学家们赞同Ellis和Silk的观点——人们必须意识到实证检验(empirical testing)与非科学的界限。虽然在当下,超弦理论的倡导者仍在领域内有着至高地位。但数学的天地如此广阔,宇宙存在那么多的可能,人们不应该只将目光放在弦理论之上。

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有关旧理论发展成熟的研究,都要比有关新理论刚刚萌芽的研究要更准确,但并不一定更正确。托勒密的地心说发展了1500年,才被牛顿等人开创的现代宇宙论推翻。牛顿物理学也称霸了300年,直到相对论和量子力学的出现。

这样的典范转移(paradigm shift)需要新理论和观察的支持。弦理论得到了很多理论的支持,但无法得到实验的验证。在这个方面,弦理论与自然哲学并无区别。

计算机诞生之后,数学就在不断向实验性的方向发展。但弦理论和相关的理论只能被数学所解释,将理论物理学推向了纯数学的深渊。

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物理学家George Ellis(中)和Joe Silk(右)在会议中。(Laetitia Vancon / Quanta Magazine)

历史上,人们一旦选择了相信无法被实验证明的理论,就很难再更改过来

    越来越多的美国人在他人介绍下相信精油对健康有利,可以治愈癌症和肿瘤。(KIDNURSE)
    6%的美国人表示相信“疫苗会引发自闭症”,52%不确定,只有41%不相信。(Gallup)
    正在参与美国总统竞选的12位共和党竞选人里,有11位否认了全球变暖和气候变化。(NPR)
    3000万的美国人依然坚信地球只有6000年历史。(NCSE)
    世界上,28%的人相信神创论,31%表示不知道,只有41%相信进化论。(NCSE))
    ……

与会人员作出总结,为了抵御伪科学的侵害,必须维护实证检验的权威。这虽然并不意味着人们应该立即停下所有有关下弦论的研究。但这些人应该意识到,如果该理论仍无法与现实世界的科学数据和分析建立联系,他们的研究将不会被科学所承认。

仍试图将弦理论当作科学理论的,是在重新定义“科学”。的确,目前弦论是统一物理学基本相互作用的最有希望的理论。但如果因为它看起来很美好,就对其放松“科学”的定义,那将带来可怕的后果。

[zzjeff via Newton Blog & HuffPost]


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TOTAL COMMENTS: 85+1

[2] 1 »
  1. alpha_boy
    @2 years ago
    3064980

    虽然不相信天主教。但是他们雇佣科学家写的反进化论的一个观点我始终想不到方法反驳,就是病毒的分子结构要是随机穷举出来的,需要100多亿年,而地球寿命根据碳14测定只有40到60亿年;

    他们还有反热力学第一定律的神奇观点,譬如宇宙大爆炸理论是天主教的某个神父提出的,他的观点遭到爱因斯坦反对,原因是和能量守恒定律相违背,第一推动力哪来的?系统之外?可是后来的天文观测发现的各种数据,红移啥的逐渐证明了大爆炸起源说是比较就靠谱的。

    那问题来了,第一推动力哪来的?那是上帝之手么?还是平行宇宙撞击了我们的宇宙产生的?因此大爆炸起源论间接否定了能量守恒定律……或者要不否定后者的话,就必须承认上帝或者平行宇宙至少存在一个。唯心主义者承认前者,不可知论或者弱唯物主义者成人后者。

    另外说一句,可证伪论本身该怎么证伪呢?

  2. michaellke
    @2 years ago
    3042737

    说谢耳朵失业的,都是没看过生活大爆炸,人云亦云的。但凡是看过的都知道,在第七季的时候,谢耳朵就已经放弃弦论研究,转向暗物质了。

  3. 金秋
    @2 years ago
    3039454

    运动是绝对的,静止是相对的,一切都在变化,意味着世界没有规律可循。所有的科学理论,除了本评论首句属于哲学范畴,其他最多接近真相(科学的极限,无法达到),永远不会是真相,假设而已。科学不过是傍技术大款,假设一套又一套,看上去好像是真的。说科学不能证明某某,现在证明了,过“几天”发现被新的科学代替,过去的科学又不准确,错了,由此循环往复。

  4. 3037184

    @老蛋: 你这个人除了狡辩还有个特点,就是不把别人说的话看懂。简直是天生的民科。
    就说你举的这个蠢例子吧,在气球表面这个球面(或者近似球面)上面,两个点在二维尺度上的远离速率是可观测的没错,但是你无从得知这两个点在三维尺度上所连成的弧的曲率,所以很明显无法推算球心。
    同样的,你可以观测两个点在三维空间里的相对运动速率,但是你不知道它们在更高维度空间里的“曲率”,所以你没法在更高维度上去寻找它们构成的“球形”的“球心”。

  5. passer
    @2 years ago
    3036856

    @Granis: 这段说的真好!

  6. zzjeff
    @2 years ago
    3036422

    @Granis: 谢谢你花时间讲得那么清楚。抱歉之前没能理解得够深,真希望你写的这些能被更多人看到。

  7. 老蛋
    @2 years ago
    3036165

    @Miu: 不不不,你说的仍然只是数学模型,我要实际观测的结果,至少要可验证的数学模型,无法验证的数学模型就和弦论一样了啊!就算想象的气球表面,只要球面上面的各个点之间还在相对运动,至少可以观测或者计算出这些点相互运动的最大值啊!

  8. Spector
    @2 years ago
    3035803

    民科说民科是民科

  9. 艾尼路
    @2 years ago
    3035533

    谢耳朵果然白研究6年

  10. 3035395

    @老蛋:
    有限但是无界的概念你能理解不?

    球面是一个自我封闭的二维曲面,想象一只蚂蚁在球面上走动——无论怎么走也不可能走到球面以外。能确定球面的中心在哪么?球心?那已经不在球面上了啊

    大爆炸理论中的宇宙是一个有限但无界的封闭三维空间,所以讨论它的中心在三维空间中的什么地方是没有意义的

  11. 3035378

    @crc:
    目前唯有行为心理学是科学的

  12. YU1797
    @2 years ago
    3035377

    @crc: 精神分析, 和行为主义,人本主义一样,在如今的心里学界已经成为历史了, 随着成像技术的发展现代心理学的研究早就偏向神经和认知等可以观察和测量的对象了. 当然在学界外这些忽悠还有着广泛的市场.

  13. lolihunter
    @2 years ago
    3035329

    啊,@错人了,应该@Granis才对

  14. lolihunter
    @2 years ago
    3035328

    @老蛋: 认真看完了你的帖子,非常赞同你的观点。从科哲的角度看弦论确实不算科学。科学不等于真理,你的评论是最通俗易懂,最好地解释了弦论问题的。

  15. 3035316

    又一场“宗教”式的正统维护之战。

  16. 3035310

    @Granis: 这位是真懂的,ls放厥词的、不知所云的都学学

  17. Granis
    @2 years ago
    3035257

    然后是和民科刚正面时间……
    进化论建议看看《地球上最伟大的表演》,不需要化石都能证明演化论(但如果在石炭纪发现了兔子化石,那进化论可以被立刻证伪,进化论是有可证伪性的),比如人类倒装的视神经、长颈鹿的喉返神经这些看似“脑残”的设计,全都是演化过程中的遗迹。在实验室里,菌落的演化已经被严格地观测到了。在自然界,HIV等病毒的高速演化也是无可辩驳的(之前就有一篇煎蛋文章讲艾滋的演化史。推荐一本书《致命接触》)
    至于相对论,现在的GPS等全球定位系统都是经过狭义和广义相对论的时钟修正的,这个例子足够了吧

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  18. Granis
    @2 years ago
    3035254

    @Snowberg: 一点不错,那些早不是主流了。我有两名高中好友都是心理学专业,一个是慕尼黑的交换生,所以对此还算有一点了解。精神分析那些东西早落后主流心理学界几十年了,只有一些小清新(我那个好友的原话是:文科生)还在用于装逼,还越用越滥,现在的主流是认知心理学,有一定的神经科学作为基础(虽然我的好友说其实当代心理学很大程度上就是发发神经科学paper假装自己是唯物主义)。

  19. Granis
    @2 years ago
    3035251

    就数学问题而言,错误的理论也曾激励过数学的进步,托勒密的本轮理论就促进了三角和数论的发展,但地心说显然是错的(题外话,好多人一提日心说就说什么参考系是相对的blabla,特么地心说的定义不仅仅是以地球作为参考系,还包括行星太阳沿地球中心的本轮均轮运动,这个数学模型复杂且与观测不符,远不如日心说的椭圆轨道来得简洁准确)。而且这个理论耗费了大量的人力物力,几乎是把所有鸡蛋放进了一个篮子,如果仅仅是为了发展数学那显然得不偿失。斯莫林的主要观点就是,弦论还可以继续进行研究,但要给其他科学理论生存的空间,要分出更多的人力物力到其他基础科学理论上。

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  20. Granis
    @2 years ago
    3035249

    这也是弦论面临的问题。弦论不仅仅是“尚未证实”,而是从根本上存在无法证实、无法证伪的问题,因为对这一族有无限多种形式的理论,每个观测结果只能否定其中的一部分形式(比如,即使没有发现超对称,但弦理论也没说超对称的尺度有多大,所以无法被证伪),而其预言的宇宙弦、超对称等,其他理论(如圈量子引力)也能预言所以也不能说是证明了弦论。这也就是这场大会要讨论的问题,弦理论从根本上来说可能就不算个科学理论。此外,不能预言新现象的理论无法产生技术。科学应用到实践上就产生了技术,技术提高了人类的生产力。几十年前,哲学界科学哲学和人本主义争论不休,而现代哲学合流到了实用主义,本着管它是不是哲学实在,能改造世界(能让哲学家活得爽)就行了的态度,搁置了科学的实在性这个问题,这就是技术的力量。而一个没有任何改造世界前景的理论,在钱途上十分堪忧。

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  21. Granis
    @2 years ago
    3035247

    所以科学理论最重要的属性之一就是可证伪性,必须能提出精确的可证伪的预言,一个不可证伪的理论很难称之为科学理论。我就宗教举个可能不合适的不可证伪的例子:我向上帝祈祷给我一个女朋友,如果我有了女朋友,那是上帝回应了我的祈祷;如果我还是单身狗,那是我心不诚。而下次祈祷会不会给我一个女朋友,没有任何人能知道。无论结果如何,这个宗教体系都能解释。那按照奥卡姆剃刀的原则(如无必要,勿增实体。这是哲学里经验主义的主要信条之一,科学很大程度上就是经验主义的),这样一个怎么解释都通、也预言不了结果的理论和不存在是没有任何区别的(平行宇宙理论也存在这个问题。因为从我们的宇宙无法观测、对我们宇宙不能产生影响的平行宇宙,和不存在是没有任何区别的)。

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  22. Granis
    @2 years ago
    3035245

    科学这种认知范式,基本可以概括为:先就已观测到的现象提出一个可以描述这些现象的假说,这个假说应能够预言新的从未观测到的现象,如果这种新现象真的观测到了(往往需要人为设计实验进行观测),那这个假说目前为止算是正确的,但一旦出现新的不符合其预言的现象,那这个假说就会被立刻推翻。大量观测都没有证伪的假说,我们就姑且认为它到目前为止都是正确的,可以作为科学理论使用,但它的永恒正确是无法保证的(而神学恰好相反,它认为自己一开始就掌握了无限的真理。所以那些说科学也是一种宗教的,多看看科哲洗洗睡吧),科学是不断改变、不断进步、不断逼近真实的(科学并不自诩为真理,而是对真理的有效近似)。

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  23. Granis
    @2 years ago
    3035244

    然后说重点。弦理论曾经是一个简洁、优美的理论(麦克斯韦方程组是理论简洁、优美的典范),但随着弦论的发展,它变成了一族数学上相当复杂、有着无数种形式的一族理论,这一族理论无法做出新的精确的可以证伪的预言。可证伪性虽然无力作为衡量科学的唯一标准,但可以说是科学的基本属性之一。这就要涉及科学哲学,不谈科学哲学就说不清什么是科学。费曼说,科学哲学之于科学,正如鸟类学之于鸟类。科学哲学是以哲学这种人类最根本的思辨形式去考量科学这种认知范式,在价值领域讨论科学是否是一种实在,对科学本身的发展其实没有任何帮助(正如鸟类学无法改善鸟类的生活质量一样)。而至于那句被用烂了的科学尽头是哲学,哲学尽头是神学,第一句科学哲学已经说得够清楚了,科学只是无数范式中的一种,哲学是所有最基础的思辨的总和,可以说是还原论的关系;第二句简直不堪卒读,哲学不知道比神学高到哪里去了,神学是一种十分粗劣的认知范式,我一个心理学专业的好友的老师说,神学就是一群玩儿不转真正哲学的人退而求其次、自己玩泥巴,中世纪的经院哲学就是一种典型的退化的哲学。

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  24. Granis
    @2 years ago
    3035243

    第二个是个小问题,paradigm shift翻译为典范转移,百度百科把主词条也设置为典范转移,但我觉得更好的译法还是范式转移,因为范式一词比典范更不易混淆(听起来更装逼)。这个词来源于库恩的科学哲学体系,他发现科学上的新旧理论在数学上虽然很多只是精确度的变化(如忽略高阶无穷小量的洛伦兹变换的有效近似就是牛顿力学),但对其物理意义的解释完全不同(牛顿力学中存在神秘的超距作用,被称之为“力”。而广义相对论认为引力来源于质量导致的时空弯曲,量子力学标准模型认为另外三个基本力来源于规范玻色子的交换。还存在泡利斥力这种难于分类的“力”),新旧理论是完全不可通约的。

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  25. Granis
    @2 years ago
    3035242

    这回忍不住第一次在煎蛋发帖了……
    弦论的争议早已有之,我之前看过李斯莫林(主要研究圈量子引力,但也相当了解弦论,是自行选择了他认为科学性更强的圈量子引力作为研究方向的。本书前半部分就是弦论的历史)的《物理学的困惑》,当时他这种质疑弦论的声音还很小众,很高兴现在Nature也开始发文逐渐开始讨论这些问题了(可百度:feuding physicists turn to philosophy for help)。

    首先说两个翻译问题。一个是“威滕提出M理论丰富了弦理论”,这个表述问题非常大。威滕当时做到的是,证明5种形式的超弦理论都是一种11维理论的变换(在这种变换中出现了T对偶性,是一种精确对偶性,可以把这五种变换视为联系五种超弦理论的强弱对偶。这个结果相当美妙,因此许多人认为这么美妙的理论一定存在,但美和真从来就不是一回事),但这个猜想中的统一理论(威滕命名为M理论)本身还没有构建出来,真正意义上的万物理论M理论,目前还不存在。并非M理论丰富了弦论,而是弦论是M理论的备选者之一(很多人认为是唯一备选者,想从无限种形式的弦论中找到那个万物理论),还有圈量子引力等备选者。

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  26. 老蛋
    @2 years ago
    3035230

    @吃瓜群众: 只论数学公式模型,弦论是很好的!大爆炸在现实中的最大支持证据,一个是微波背景辐射,一个是哈勃红移常数。这两个证据的发现使得大爆炸学说成为物理理论而不是猜想。可是我提出的也并不是不可能测算的,根据大爆炸理论,距离我们越远的天体移动速度越快,可是根据哈勃常数计算出的:某个距离上的天体移动速度达到光速就是极限了好嘛。这就在理论上给出了宇宙的大小,既然有大小,就可以推算出它的重心在哪里呀。目前办不到我只能认为大爆炸理论是有很大漏洞的!

  27. 盎盎
    @2 years ago
    3035214

    谢耳朵提前转移研究领域简直机智,这种躲避风险的能力胜过多少中国股民

  28. 3035144

    哲学家凭什么来和科学家达成协议?

  29. 普利奈尔
    @2 years ago
    3035120

    所有天主教教长齐聚一堂证明伽利略日心说是扯淡。

  30. 3034977

    我觉得之所以把普通的“科学”定义变得更为严格,是为了防止大众不之所以的盲从带来的社会危害。
    但是对于这种复杂的理论这种废话般的定性是想让研究生选方向的时候三思而避免浪费青春吗?
    放心失业率就已经能达到这种效果了。。。

  31. 3034961

    这种声明的意义是什么?(聚会~)或者,这些话是说给谁听的?(麻瓜~)

  32. 3034941

    mb的什么人都能扯上几句蛋,即使p都不懂

  33. 凯恩之叔
    @2 years ago
    3034921

    所以什么“降维打击”都是扯淡喽?

  34. spearlee
    @2 years ago
    3034887

    我觉得在未知阶段,所有逻辑自洽且可证明,并与现实无冲突的,都是可能性之一。如果发现新的证据,那么前置条件就增加了,这时候可能原来自洽的逻辑就不再自洽了,或者出现了现实的矛盾,这只能证明原来的假设是错误的,但是做出假设这一行为并不是错误的。

  35. spearlee
    @2 years ago
    3034868

    问一句,进化论也是非完美检证的吧,一直都缺至少一环

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