@ 2016.01.11 , 14:46

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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