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弦理论科学吗?--美国科学

2015-12-27 00:00 ·

弦理论科学吗?物理学家和宇宙学家在十年前已经就这个问题开始争论了。现在正在寻求哲学家的帮助。

本月初,一些长期争斗的物理学家与科学哲学家在一个特别的研讨会见面,目的是解决理论物理的分支已经从实验科学的现实中分离出来这一指控。利益攸关的是科学方法的完整性、在普通公众中科学的声望。研讨会的组织者说。

12月7-9日,这个研讨会在德国慕尼黑大学举行。召开的缘由是一篇一年前,由南非开普敦大学的宇宙学家乔治·艾黎士,和巴尔的摩马里兰州约翰霍普金斯大学的天文学家约瑟夫·西克尔,发表在Naturea的文章引起的,他们在文中感叹理论物理学“令人担忧的转变”。

“在应用基础理论去观察宇宙时所面临的困难”,他们写到,一些科学家争论说“如果一个理论足够简洁和一目了然,它就不需要通过实验测试”。

首先讨论的话题是可测性。一个科学理论如果被认为有效的,科学家们通常要求有一个实验,能在在原则上排除这个理论--或者证明是“虚假”的。科学哲学大师卡尔·波普尔在20世纪30年代提出这点。在文章中,艾黎士和西克尔指出,在某些方面,一些理论物理学家已经偏离这个指导原则--甚至主张要放松限制。

这二人组引用弦理论为主要的例子。这个理论用极小的弦代替基本粒子,来调和描述重力和量子这两个明显不相容的理论。弦实在太小了,以致用今天的技术察觉不出来--但有些人主张,弦理论是值得用于追求实验是否能够估算出它的影响,皆因它看起来是解决许多困惑的正确方法。

艾黎士和西克尔也引出另一个看起来已经被放弃的“波普尔主义”:多重宇宙的概念是宇宙大爆炸产生了很多宇宙---大多数与本身的那个有着本质上的不同。

但在研讨会的公开讨论中,加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校的理论物理学家大卫·格罗斯,描绘了两个理论的区别。他把弦理论归类为”在原则上“可测试的和如此完美的科学,因为弦具有潜在的可测性。

他说,那些令人不安的概念,例如多重宇宙,我们假设其他宇宙是不能被我们自己观察到的,就算在原则上也不行。”只是因为弦理论目前的不可测性而认为其不科学,是件荒诞的事。”在2014年因为强核力获得诺贝尔奖和在弦理论做出重要贡献的格罗斯说。

出席这次研讨会的卡洛·洛华利,是法国艾克斯马赛大学的理论物理学家。他同意弦理论目前的不可测性,不意味着理论学家不值得花时间来研究的观点。但艾黎士和西克尔的主要目标,是来自慕尼黑大学的哲学家理查德·戴维在《弦理论和科学方法》一书中的观测结果。他写到,弦理论家已经开始用贝叶斯统计的方法,在先前的知识基础上估算某一确定预测成真的可能性,以后接受更多知识后再进行修正这个估算。但是,戴维提到,物理学家已经开始使用例如理论的内部一致性或者缺乏可靠的替代性等纯理论要素,来更新估算,而不是根据实际数据来修正。

动态的讨论

在研讨会上,已经建议了弦理论可取代性的缺失,导致它看起来更有可能是正确的格罗斯和已经研究多年另一种圈量子引力的罗维利争论。罗维利断然反对没有可行选择的假设。艾利斯同时反对理论要素能够增加胜算的观点。“我对贝叶斯主义的反应是:新的证据必须是实验证据”,他说。

其他人围绕着用贝叶斯统计去支持弦理论进行了不相干的话题。斯德哥尔摩北欧理论物理研究所的物理学家萨宾·霍森菲尔德,说理论的流行性,归功于它给人的形象是镇上唯一的游戏。但弦理论很可能会因为社会原因获得研究动力。她举例说,年轻的研究人员因为工作的前途比更不为人知的领域要好些,可能会转向研究它。

自丹麦奥胡斯大学的科学史家赫尔奇·克劳,从历史的角度发表了意见。“我们需要“新的科学方法”的建议在以前就提出过,但是用其他的标准来代替经验的可测性总是失败了”,他说。但是,至少这个问题只是限制在物理的很少地方,他补充道。“弦理论和宇宙多重论只是大多数物理学家所涉及到的非常小的部分。”

强调需要清晰区别已经用实验建立好的理论和那些推测出的理论的罗维利,并没有获得什么安慰。“当人们在街上拦住你,并问你,“你知道这个世界是由弦组成的吗?有平行世界吗?”这是非常糟糕的事。”

在研讨会的结尾,那些不和的物理学家看起来并没有离达成一致更近。戴维--和西克尔、艾黎士,还有其他人一起组织了这个会议--说他没有指望人们可以从根本上改变他们的立场。但是,他希望通过曝光其他的推理可以“带来轻微的和解”。艾黎士提议一个更加亲临其境的方式,例如为期两周的暑期班,可能会更容易达成一致。

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