相對論,進化論,是否生來是「理論」?

2020-12-17 騰訊網

在肯塔基州的彼得斯堡博物館,在電視節目」科學人」中比爾·奈與創作博物館館長肯·哈姆就進化論進行辯論。哈姆相信地球是6000年前由上帝創造的,並且通過《聖經》向世人莊嚴宣告。奈說,他擔心,如果孩子們信奉了神創論,美國將不會再向前邁進。

如果你在網絡上最黑暗的角落裡仔細傾聽,你會經常聽到有人否認那些成熟的科學事實,在他們看來,諸如進化論,宇宙大爆炸,甚至重力的存在,都「只是一個理論」。當然,進化論等科學理論與聖經創世的故事之間可能存在天大的差別,但原子論和燃素說卻也有同樣大的區別。儘管只有前者被世人所接受的,但兩者都是科學理論。那麼,是否存在一種行之有效的方法來劃分這條界限?讀者齊古瑞斯姆想知道:

神創論者認為:「進化終究『只是一個理論』,所以我們也無法判斷它的正誤。上帝賦予我們生命也可以說是一種理論」。而科學觀點回應道,「不,'理論'一詞的科學用法並不在於字面意思。但我不認為這種說法正確。對一些情況,比如進化論、萬能引力定律、相對論或量子理論來說,它們都是在某些制度中被實驗驗證過的科學模型。但是,是否所有的科學用語都是經過驗證的理論呢?

因為我們用詞不嚴謹,很容易在彼此交談時產生誤解,容易存在一些差異。因此,我們可以集中討論關於科學的理論的三件事:一個概念,一個框架,和一個能夠被驗證,接受的模型。

圖像來源:靜止的方形大地。奧蘭多弗格森教授作於南達科他州溫泉市,1893年。

1.) 一個概念。這是「理論」的通俗用法,它適用於所有的好或壞、有效或無效、科學或不科學的觀點。所有好的科學理論都起始於概念,比如愛因斯坦的相對論,它的起始觀點便是:不論觀察者如何運動,他所觀察到的光速始終不變。但是,也有路人甲認為,月球是一個天氣氣球,是美國政府放在天上欺騙地球人的。當有人說,」我有一個……的理論",如果加以評估,就無法了解這個概念的質量。通常,區分概念好壞的顯著特徵是:

合理性——這個概念是否符合我們已知的所有事實?

唯一性——這個概念是否不同於那些已經存在的舊觀念?

有力性——這個概念能否解釋各式各樣的觀測現象,或只是個例?

簡單性——儘管作為主觀判斷,但一個正確概念往往不會比其他的解釋更複雜。

可測試性——最後,我們可以通過什麼方法來檢驗這個概念,並確定證據是否能夠支持其成立?

雖然前四個標準有助於我們產生概念,並可以指導我們去評估一個概念的質量,但只有最後一點才能決定理論的科學性。

如果你能盡你所能收集證據,進行測量、實驗和觀察,來對它進行測試和評價,你的概念就是科學的,無論測試的結果如何。

2.) 一個框架。所有的概念都需要具備的條件——合理性、唯一性、有力性、簡單性和可測試性——需要先對結果進行評估,才能對其進行測試。這時他們已經是準理論了!但這並不意味著它們最終是正確的,科學也不僅僅只是最終的正確結果。科學是一個探索的過程,是一個沿著目標方向未知的道路行走,去發現可能性的過程,是一個讓大自然帶給你驚喜的過程。有很多科學理論正是這些探索的框架,它們是否正確仍然未知,比如:

額外維度,

超對稱性,

大統一理論

第九行星說,

以及弦理論,

僅舉幾例。已知一些錯誤的框架在當時也被信奉為科學,如地平說、地心說、拉馬克進化、穩態宇宙及火神星理論。當框架被證明是錯誤或無效時,它就會被摒棄,直到事實證明它能夠再次被運用(如果有機會的話),通常是以其他形式。

圖片來源:K.巴蒂金和M.E.布朗天文.J. 151,22 (2016),E.siegel修改

在上述可能的理論中,第九行星說存在一些間接證據的支持,預計未來10~20年的觀測結果能夠驗證它的正確性。最初的大統一理論預測質子會在大約10~30年的時間尺度上發生衰變;我們近10~35年的有限經驗告訴我們,這些大統一理論模型並不正確,但其他的可能性仍然可能存在。這並不意味著科學到達了巔峰,這只是各種思想的堅實基礎。大多數理論可能會在這個名單上留存很長一段時間,第九行星說或許終究會煙消雲散,也或許會到達我們所謂理論的最高點...

圖片來源:由美國宇航局/GSFC提供

3.) 一個經過驗證的、能夠被接受的模型。這是理論成為科學的關鍵。你的概念不僅合理、獨特、有力、簡單、能夠被檢驗,而且形成了一個框架,能夠去進一步規劃和預測,而且這些預測結果能夠通過一切可能的方式被付諸實踐,並能夠經受時間的考驗。當這個理論經受住一切,你也將到達科學之巔!這裡高處不勝寒,盤踞著達爾文的進化論、愛因斯坦的引力和量子場理論等理論。還有大爆炸理論,宇宙膨脹,暗物質以及暗能量。當然,也包括全球變暖。

有一點需要強調:這些觀點並不一定永遠正確!這些只是在我們的時代領先的科學理論,但它們都只在一定的範圍內有效。或許有一天弦理論將取代愛因斯坦引力和量子場理論,一個嶄新的量子引力理論會把愛因斯坦從神壇上推倒。這並不意味著愛因斯坦錯了,而是我們的認知已經達到了愛因斯坦引力可以概括的極限,就像曾經愛因斯坦向我們展示了超越牛頓引力極限的存在一樣。科學是一個通過收集更多關於世界的信息不斷發展的過程,而在專業領域被接受的科學理論是我們最寶貴的知識和理解。

圖解:量子引力,是對引力場進行量子化描述的理論,屬於萬有理論之一。研究方向主要嘗試結合廣義相對論與量子力學,是當前物理學尚未解決的問題。當前主流嘗試理論有:超弦理論、循環量子引力理論。引力波的發現,為量子引力理論提供了新的佐證。

儘管如此,我們也不曾停止前進的腳步。我們不斷產生新的概念,溫故而知新。隨著人類獲取到的關於宇宙的信息量日益增長,我們對宇宙的科學認知也在不斷加深。理論有很多不同的方式可以成為科學——只要原則上可以檢驗,它就是科學的——但並不是每個科學理論都能夠被證明是正確的。其中最令我們興奮的,應該是見證那些蘊含巨大可能性的學說,經歷了時間的檢驗,成為下一個步入科學模型殿堂的理論,因為它折射出我們對宇宙知識的不斷增長。我打賭?為什麼宇宙中物質多於反物質的本質。但是,與所有可能尚未驗證的概念一樣,它仍然只是一個框架。敬請關注。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

FY: 異丁苯丙酸

作者: Ethan Siegel

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