何為理論?理論怎樣使大眾信服?物理學家和哲學家各執一詞

2020-12-05 天文在線

100個物理學家和哲學家相聚在慕尼黑重新評估科學領域中的一個核心問題:「為什麼要相信一個理論?」在今年喬治·埃利斯和喬絲在自然上發表的一篇文章上,他們表達了關於現在的發展對理論物理領域的影響的擔憂,特別是去解決基礎問題的不可靠的嘗試,關於時間,空間,和物質。他們的文章刺激了這次會議的召開。

埃利斯和喬絲發現,越來越多的物理學家已經強烈相信沒有經驗確認的理論的可行性。這種趨勢主要表現在對於量子引力理論的追問,特別是弦論,和宇宙學理論。宇宙學理論宣稱早期宇宙引起了多元宇宙。為什麼科學家相信那些還沒有被實驗驗證的理論?有時候更糟,這些理論甚至不能在理論上被驗證。那這還是科學嗎?

慕尼黑會議的組織者之一哲學家理察·道伊德已經發現了相似的趨勢,並在他的書弦論和科學研究方法中爭論弦理論學家特別使用一種「無經驗理論確認的科學方法」。這種方法在理論的提升完善階段被使用,並在收集指示的基礎上確立。這種收集指示增加了物理學家對於理論能描述自然本質的自信。例如,這些指示是不同的方法解決一個問題的數量,一個新的理論和一個已經確認的理論的聯繫的緊密程度,和這個理論能引發的意外的發現的數量。

當道伊德專注於弦論的時候,沒有經驗確認的理論已經被使用了,而且已經在理論物理研究中使用了很長一段時間了。到目前為止缺少的是一個合理的哲學基礎。道伊德的觀點提供了一個基礎。不必說,弦論學家對於現在他們的方法有哲學的支持是很高興的,但是並不是每一個人都願意看到科學的方法被削弱。這就是激勵埃利斯和喬絲去「保衛物理完整性」的動力。現在研討會討論的是以下問題:在哪種情況下,這種沒有經驗確認的理論是合理正確。

這是一個急需解決的問題。當物理學已經變得成熟吧,用實驗驗證新的,更基礎的理論變得更加困難。一些已存的理論因為太難去驗證以至於人們認為在可知的未來都無法進行驗證。過去的方法不再適用。諾貝爾文學獎得主戴維·格羅斯說:「我們處在一個科學的不同時代。」

格羅斯為了找到一個好的策略參加了這次研討會。特別地,他很擔心多元宇宙思想的普及程度,我們的宇宙只是萬千宇宙中的一個的猜測,每一個宇宙都有不同的物理定律。「我希望我可以讓哲學家在對於多元宇宙的討論中起到重要作用,這也是我正擔心的點,」當格羅斯在講述他參加研討會的動機的時候所說,「這是一個危險嗎?去討論多元宇宙是合理的嗎?」

格羅斯在卡洛·羅韋利之後通過介紹弦理論的最新進展開展了這次研討會,卡洛研究的是和格羅斯對立的項目:圈量子引力理論。格羅斯認為弦理論是無可替代的,現在所有的物理定律都能和其完美的適應,繼續研究是有很好前景的。羅韋利反對這個觀點,他說弦理論就是錯的,不可替代的理論是沒有根據的,因為很多人都在研究可替代的理論。相反,羅韋利指出,弦理論的普及是存在社會原因的。他解釋,圈量子引力理論的前景是沒有被客觀評估的。這和格羅斯的觀點相牴觸,因為格羅斯堅持認為圈量子理論在幾十年前已經被評估了,而且很多人都認為這不是一個好的方法。

在研討會中,關於科學理論的測評是否會被社會因素影響是一個持續的主題。戴維認為非經驗性的理論評估正確地捕捉到了一個理論正確的可能性,依賴於科學家們的客觀判斷。但這只是理想化的場景,就像理想化在同期的經濟生活中,消費者是完全理智和有充分信息的。很清晰的是這不是一個現實的假設。但不清楚的是,社會以因素和科學測評有多相關。

另一個反覆出現的擔憂是公眾的看法。哲學家馬西莫皮格裡奇提問,我們是否應該走向一個可能對我們信任科學產生負面影響的新的科學戰爭。他提醒觀眾,「這場辯論是公開進行的」,而他一直在現場參與。

理察·戴維指出,公眾看法的部分擔憂是術語的問題。當他講起理論的確認時,他確信我們沒有最終確認理論,而是一個逐漸增強理論是正確的可信度的過程。

然而羅維利認為這些詞彙太繁冗了。他更喜歡一個謹慎的術語,就像「非經驗性的理論評估」。斯拉瓦·穆哈諾夫說,部分的責任歸咎於科學記者,他們總是就高度投機的話題發表「新聞」。普通的讀者無法從科學媒體中推斷出來有多少有爭議的觀點。

研討會以一種有活力的方式進行。戈登·凱恩解釋說,弦理論可以做出預測。他宣稱他的團隊展示出弦理論可以準確的預測希格斯質量的觀測值。這對於戴維·格羅斯來說是一個過於誇張的言論,戴維打斷戈登並說「這不是被廣泛接受的。」賈德瓦力沒那麼禮貌「我敢用你的晚餐打賭,我可以證明它是錯的。」賈德瓦力接受凱恩的觀點:「讀一下這篇論文,我並不需要去讀它,因為我知道它是錯的。」一個在觀眾席上的哲學家抱怨說他想聽到剩餘的談話。「這就是我們所說的科學方法的一部分。」格羅斯對哲學家解釋說。

當討論繼續時,哲學家克裡斯·蘇特裡奇哀嘆「移動門柱問題」。如果一個理論的預測,就像超對稱粒子的出現一樣,可以一直符合新的數據(例如未被發現的數據),這讓在現實中很難檢驗一個理論。「很多懷疑論的原因是『我們如何解決它?』面對這樣的靈活性,我們如何使有意義的測試成為可能?」

哲學家拉丁·達達什蒂的討論可能最接近答案。如果物理學家不得不依靠非經驗性的理論評估,這就需要他們花更多的注意去講清楚他們的假設。他爭論:「總是會存在限制,所以沒有可替代物。」達達什蒂總結到:當假設沒有被完全揭示,這將會帶來危險,可替代物將被永遠拋棄。

在會議的最後一天我說物理學家在實踐時確實是用未被揭示假設:他們用美學的判斷去選擇方法。哲學家埃琳娜·卡斯特拉尼講述了弦論的歷史:「這個理論被認為是很漂亮的,而且它有一個很吸引人的數學結構,獲得了現實狀況和深度物理理論的一致同意,於是從直覺上就感覺弦論和物理世界多少是有一些關聯的。」但是憑什麼漂亮是評估的一個有價值的標準?這個問題被歷史學家克拉夫提出,他認為理論過去被認為是優美的,但現在被認為是錯誤的:例如穩定的宇宙的理論,原子渦動說,大一統理論。

對於研討會的任務是是否有可替代的理論來替代弦理論,可替代理論在參與者中還不能完全呈現。當弦理論發聲時,除了羅韋利,沒有人會對量子引力提出其他的研究方法。最明顯的遺漏是漸進安全重力。當然,在研討會上也有一些對於多元宇宙的懷疑,但只有很少的人支持這些懷疑。

弦理論家喬波爾欽斯基,本打算提出支持多元宇宙的論點,不幸的是,他在短時間內取消了他的參與。他的討論被戴維·格羅斯替代。格羅斯自己不喜歡多元宇宙的觀點,但他認為提出一個與自己觀點相反的想法是一個好的做法。假扮波爾欽斯基,格羅斯認為我們生活在多元宇宙的概率是94%.觀眾們都笑了。格羅斯堅持說:「這很有趣。」,但並沒有說服力。在他扮演喬波爾欽斯基角色的時候,格羅斯強烈反對弦理論學家研究弦理論是因為社會因素。

羅韋利感覺在研討會上的這種具有攻擊性的腔調被誤導了,他說:「沒有人懷疑弦理論是有趣的。」但是格羅斯有他自己的擔憂:「因為有一群人在他們的博客或者是書上發表攻擊弦理論的言論,公眾會被迷惑。」當其中的一個博客主經常寫一些量子引力理論,這種評論冒犯到我了。現實是,科學博客主(就像彼得·沃伊特,伊桑·西格爾,包括我自己)最大的任務已經變成清理草率的科學新聞。誇大宣傳是一個確實存在的問題,但這並不意味著博客主就要對此負責。

慕尼黑會議強調了很多研究基礎問題的物理學家的擔憂。這是一個早該發生的辯論,但是格羅斯所期待的解決策略並沒有出現。反而,越加清晰的是物理學家和哲學家同樣才剛剛開始理解這個問題。當經驗性的確認太過於遙遠的時候怎麼繼續進行是一個需要未來調查研究的問題。似乎類似的研討會將在未來繼續展開。然而,對於斯拉瓦穆·哈諾夫,情況是很清晰的:「將任何理論都只在實驗的基礎上建立是錯誤的,將每個理論從實驗中剝離也是錯誤的。真正的真理是在二者之間。」

作者: Starts With A Bang

FY:傅紅寧

如有相關內容侵權,請於三十日以內聯繫作者刪除

轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處

相關焦點

  • 為何要信任理論?物理學家和哲學家對科學研究方法展開辯論
    100個物理學家和哲學家相聚在慕尼黑重新評估科學領域中的一個核心問題:「為什麼要相信一個理論?」在今年喬治·埃利斯和喬絲在«自然»上發表的一篇文章上,他們表達了關於現在的發展對理論物理領域的影響的擔憂,特別是去解決基礎問題的不可靠的嘗試,關於時間,空間,和物質。他們的文章刺激了這次會議的召開。
  • 什麼是大爆炸理論?大爆炸理論是怎樣發現的?大爆炸理論有何缺陷
    它一直是宗教、哲學和科學討論和辯論的主題。試圖揭開宇宙發展奧秘的人包括阿爾伯特·愛因斯坦、埃德溫·哈勃和史蒂芬·霍金等著名科學家。宇宙發展最著名、被廣泛接受的模型之一是大爆炸理論。那麼,什麼是大爆炸理論?宇宙大爆炸理論是怎樣發現的?大爆炸理論有何意義?大爆炸理論有何缺陷?我將在下面做詳細回答。
  • 宇宙大爆炸理論,讓哲學家靜悄悄的走開
    愛因斯坦把這個新要素命名為「宇宙常數」。多年以後,愛因斯坦在回憶當年添加「宇宙常數」一項時,他說,這是當初向哲學界做了妥協。在那個年代,哲學界幾乎統治一切,哲學家可以高談闊論,可以嘲笑科學,而當時的科學家底氣不足,還沒有誕生向哲學界挑戰的勇氣。由於當年哲學界普遍認可宇宙是靜態的,所以年輕的愛因斯坦尚未擺脫哲學對他的影響,在思想上始終持有傳統。
  • 理論物理學家如何幫助尋找外星人
    一些研究人員表示,科學家如果能夠找到一種不那麼「以地球為中心」的生命定義,他們可能會更好地找到外星人。換句話說,科學家需要擴大搜索範圍,以解釋外星生命可能與地球上的生命沒有任何共同之處。生物學家和化學家可能很難圍繞更普遍的生活定義,因為他們對生命的了解都是基於對地球的觀察。然而,理論物理學家可能有更好的方法。
  • 偉大的物理學家往往是理論物理學家,理論物理比實驗物理重要?
    從結構上看,物理學是由理論和實驗兩部分組成,物理學家可分為理論物理學家及實驗物理學家兩大類。在理論方面沒有做出成就而在實驗方面有成就的是實驗科學家,比如丁肇中、吳健雄。在理論方面有成就而在實驗方面沒有成就的是理論科學家,比如楊振寧、李政道。
  • 理論物理學家——周光召
    Untitled Document理論物理學家——周光召 (2000.06.30 新華網)   全國人大常委會副委員長,中國科協主席。中科院院士,理論物理學家。  湖南長沙人。1952年加入中國共產黨。1945年考入清華大學先修班,一年後轉入清華大學物理系,1951年畢業後轉入北京大學研究院。
  • 「平行宇宙」理論是怎麼回事?
    它已經成為了流行文化的精神食糧,儘管許多以多世界理論為靈感的電影和電視劇到頭來還是在擺弄平行世界之間相互接觸的橋段,這實際上是對多世界理論的一種藐視,比如2011年上映的電影《另一個地球》。在本書中,卡羅爾有力地解釋了多世界理論,討論了其在後埃弗裡特時代的演化,以及為什麼我們所在的世界是現在這個樣子。
  • 理論物理學家如何幫助發現外星生命
    根據沃克的說法,搜尋地外智慧(SETI)——主要涉及天文學家、生物學家和化學家——可以從理論物理學家的見解中獲益,他們解釋了生命最基本的屬性以及生命的起源。認為生物學很難解釋生命的起源,因為它是生物學的起源,如果沒有某種基本理論,很難解釋(生物學)起源。
  • 一位物理學家尋找生命起源、意義和宇宙的旅程
    他是理論物理學家、美國科學院院士,更是活躍於公眾媒體上的科普作家、演講家,文學表達能力毋庸置疑。簡而言之,就是以最新的科研成果為依據,建立一套科學的、牢靠的看待世界的方式。這是一個相當有野心的目標。從19世紀開始,巨大的科學突破就在不斷催生開創性的社會學、哲學理論,有的甚至成為了現在制度的基石。
  • 科學家為什麼說弦理論據稱是「唯一」能夠統一四種基本力的理論?
    如我們所見,理論物理學正在冒險進入數學、物理和哲學之間的真空地帶,無法真正滿足任何要求。 可檢驗性的問題已經潛伏了十多年。在科普書籍和科學論文中,已經有批評弦理論和多重宇宙的聲音。 2016年3月,理論物理學家保羅·斯坦哈特(Paul Steinhardt)在《自然》 雜誌中寫道:「暴脹宇宙學理論已不再是科學,因為它是如此靈活,可以與任何觀測結果相調和。」
  • 宇宙理論物理大會,牛頓定律被棄,落選偉大物理學家稱號
    來自全宇宙各星球的物理學家們齊居一堂,對全宇宙做出卓越貢獻的物理學家進行評選,評出的前百名入選著名宇宙物理學家行列,地球上的普朗克、赫茲、愛因斯坦等10名物理學家都入選了,而地球人最先提名的牛頓卻落選了,為此,地球代表和外星人代表,進行了一場激烈的爭辯,最後,牛頓遺憾落選,下面是各方爭辯記錄,讓全宇宙人共享共品評。
  • 現代版「盲人摸象」:M理論是「大象」,包含5種不同的弦理論
    愛因斯坦生命中的最後30年一直在尋求一個統一的理論,用以解釋我們這個複雜的宇宙,他相信一定存在一個單一的、不產生任何內部矛盾的、能完美描述宇宙的終極理論。他的這種樸素的思想一直延續了下來,從上世紀中期至21世紀的今天,許多物理學家都相信愛因斯坦的觀點,並且也始終不懈地努力著。
  • 最新理論稱時空本身或為「液態超流體」
    最新理論稱時空本身或為「液態超流體」 但一個最新理論認為,時空本身可能是一個「液態超流體」(liquid superfluid),如果證明其屬實,那人們必須要重新審視整個物理學標準模型。  「時空是一個流體」的提法並非第一次出現。這一理論被稱為「超流體真空論」(SVT),在半個世紀前就已問世。
  • 針對弦理論的誕生科學家像瘋狂一樣各執一詞,一位諾貝爾唾手可得
    1984年,反對弦理論的態勢突然掉轉了方向。加利福尼亞理工學院的約翰. 施瓦茨和倫敦女王學院的邁克.格林(Mike Green)證明,以往曾置那麼多理論於 死地的所有那些數學矛盾,在弦理論中全都不存在。那時,物理學家們已經知 道,弦理論中不存在數學發散。
  • 光子的本質及理論
    這一大膽的洞見讓物理學家得以在最微小的尺度上理解物質的行為,從而催生了量子理論。物理學家和哲學家長久以來困惑於光的本質。早期的理論堅持粒子說,認為光是傾瀉在被照亮物體上的固體粒子。17世紀時,克裡斯蒂安惠更斯( Christiaan Huygens)和其他人認為光是一種波。1803年,託馬斯楊似乎證明了波動說,他進行的一項實驗證明了光的波動性。但100年後,光的本質又讓人拿不準了。
  • 德國物理學家:為玻色-愛因斯坦凝聚物開發新理論
    玻色-愛因斯坦的冷凝物通常被描述為物質的第五種狀態:在極低的溫度下,氣體原子的行為就像單個粒子。然而,這些系統的確切屬性很難研究。對這種奇異物質狀態的研究可以追溯到愛因斯坦,他在1924年預測了玻色-愛因斯坦凝聚物的理論存在。
  • 物理學家趙敏光昨日病逝 晶體場理論為世界獨創
    中午11點,我國著名物理學家、中國共產黨黨員、四川省物理學會副理事長、四川師範大學趙敏光教授,因患肺癌醫治無效病逝,享年73歲。學術 晶體場理論世界獨家1957年,趙敏光教授畢業於北京大學物理系,主要研究領域為凝聚態物理,在高壓物理、固體光學、磁學性質等方面的造詣很高。
  • 物理學家提出原始黑洞的新理論
    UCLA 的物理學家在《Physical Review Letters》期刊上發表了兩篇論文,提出了原始黑洞的新理論
  • 引力理論不可或缺,但它卻和量子理論相悖
    為解決這一問題,物理學家需要建立起「量子引力」理論;亦或者,既然愛因斯坦提出引力其實是時空的彎曲,物理學家需要為時間和空間的量子性質建立起一套理論。即便對理論物理學家這樣的高智商人群來說,這也是個非常困難的問題。自上世紀30年代以來,物理學家就知道,量子引力對建立自然法則秩序來說不可或缺。但80年過後,人們仍未找到解決方案。主要障礙在於實驗指導的缺失。
  • 美妙的M理論
    這本著作與前兩部有何不同之處? 吳忠超:《時間簡史》關注人類時空觀和宇宙觀的演化,尤其是宇宙的誕生和命運。它用通俗的語言概括了作者的黑洞和宇宙創生的學說。因為論題偉大,所以註定不朽。《果殼中的宇宙》是作者許多演講的合集,其中的第一章《相對論簡史》尤其是傳世名篇。但這兩部書都還未回答一個在《時間簡史》中就提到的關鍵問題,如果宇宙如此奇妙,為何它要誕生並存在?