当前位置首页 > 高中物理 > 教学视频

:弦理论和任何实验性的证据都毫无交集

更新时间:2023-12-19 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

化学学家们已然达成了共识:既然广义相对论和量子热学二者之间存在不可调和的矛盾,这么一定起码有一者是错误或不健全的。她们找到的解决问题的方式之一就是弦理论:它把二者都并入到一个更大的理论框架之下(看上图)。voC物理好资源网(原物理ok网)

这是个美好的设想,只有一个问题:一些基础化学学家们信誓旦旦地宣称弦理论除了是项颇具前景的科学理论,甚至还可能是惟一的真理;另一些科学家们却对此嗤之以鼻,她们觉得“弦理论”根本不能算是科学。她们的论点也十分充分:弦理论和任何实验性的证据都毫无交集——不管是震动着的超弦,折叠的多维时空,还是理论的其他部份——所有的那些都不可能通过实验的方式来验证。弦理论如同是物理领域中的形而念书,而科学家们从来不会给冠以“形而念书”的东西好面色看。只是出人预料地,越来越多的公众言论和挖苦的恐吓都仅指向一位哲学家——卡尔·波普尔,这到底是怎样一回事呢?voC物理好资源网(原物理ok网)

今年,我刚好有幸现场目击了一场这样的讨论会。当时我被约请到苏黎世去出席一次基础数学的研讨会,大会的具体讨论内容就是“弦理论论争”。大会的组织者,斯德哥尔摩学院的理查德·戴维(Dawid),是一名有着深厚理论化学背景的科学哲学家,也是理论派认识论的拥护者。他肯定了弦化学学家们的努力,也企图为“弦理论”辩护:弦理论并不只是脱离真实科学的华丽物理模型。而我在这场大会中的任务,就是保证每一位与会者(一半是哲学家,另一半是科学家,其中还有一位诺贝尔奖获得者)都能完全明白科学哲学入门课程的内容:波普尔究竟说了些哪些,以及他为何如此说——既然这群参会的化学学家里有不少人正是借助波普尔的证伪论否定弦理论的科学性,而另一部份化学学家对此揶揄一顾,有必要让她们晓得波普尔的理论到底是怎么的。voC物理好资源网(原物理ok网)

虽然,早在大会开始前的一个月,正反两方的主力科学家们就都已使尽四肢解数,发动了铺天盖地的舆论攻势,有人在严肃的《自然》()刊物上发表文章宣言,也有人在接地气的上表达观点,都想打赢这场近代化学核心的攻守保卫战。为了让你们体会一下当时的气氛,我摘录了其中的几段对决。“最让我恐慌的是,若不能通过实验检验的理论可以成为科学,这么科学和装神弄鬼的屁话,或则悬疑小说也就没了区别。”这话来始于宇宙学家乔治·埃利斯(Ellis),即便他在批评弦理论派;紧跟其后的是美国化学学家霍森菲尔德(),他说:“‘无需实验证明的科学’,这个名词本身就是自相矛盾的。”而耶鲁学院院长皮特·盖里森(Peter)则一针见血地强调双方争辩的核心:“这是一场有关数学学本质的争辩。”而在另一阵地,支持弦理论的一派也不甘示弱,宇宙学家肖恩·卡罗尔(Sean)就在他的脸书上写道:“我们不可能提早预知哪些样的理论可以正确描述世界。”紧接着,他又写道:“只有欠缺哲学素质的科学家才能把可证伪性奉若新约。”由于篇幅限制,我只能再节选一位科学家的精彩反驳了——斯坦福学院的理论化学学家伦纳德·萨斯坎德()竟发明了一个新词“”来嘲讽扯着波普尔虎皮的科学家们(“”可译为“波普尔的跟屁虫”,“azzi”或“razzi”为表示“跟踪者”的词根),依他来看,这些人都把科学想得太简单了。voC物理好资源网(原物理ok网)

这场尖刻而又烽烟味爆棚的公开论争并不奇怪,它完全反映了现今闻名学界的科学家对于哲学的心态:有的人企图使用一些哲学概念,有的人则简单地摒除一切哲学思索,而不管是后者还是前者,虽然都没有真正地认清楚这种哲学观念。在弦理论战争中,她们对波普尔的科学哲学和它在“分界问题”上的应用只是一知半解罢了。现在相当一部份科学家(尤其是数学学家)不怎样看不起哲学这门学科,对于我这个在中年危机后“半路剃度”为哲学家的“前科学家”而言,这是件十分抨击的事情。早在几年前,斯蒂芬·霍金就声称哲学已死,化学学家劳伦斯·克劳斯()则抨击哲学会让他想起上世纪意大利喜剧艺人伍迪·艾伦(WoodyAllen)的白色诙谐:“那些干不了大事的人,就跑去教书;这些教不了书的人,就去教体育。”科普工作者尼尔·德葛拉斯·泰森(NeilTyson)和比尔·奈(BillNye)也双双对哲学提出指责,她们觉得年青人学院选择哲学这个专业是在浪费宝贵的青春。voC物理好资源网(原物理ok网)

这场辩论,决定了大众对于数学学的认识voC物理好资源网(原物理ok网)

辛运的是,这些想法直至新近才出现,并且抱有这些看法的化学学家只是少数。与上文中现代化学学家们对哲学的傲慢心态产生鲜明对比的,是1944年爱因斯坦在献给他同事罗伯特·索顿()的信中关于同一话题的心态:“我十分同意你的想法,科学的方式论、科学史和科学的哲学思维都是极具意义和教育价值的。现在太多人——甚至包括不少专业的科学家——都只见行道树,不见森林,只看得见局部,看不见整体。而哪怕只是一丁点儿的历史或是哲学的背景知识都能给她们一个更宽广的视角,让她们超脱于同时代的局限性。在我看来,正是这些哲学视角带来的时代超脱性,才把‘真理追求者’同‘掌握着某种特定技术的专业技术人员’区分了开来。”也就是说,假若用爱因斯坦的标准来评判,现代数学学界其实大多都是“蹩脚的技术人员”,而真正的真理找寻者却寥寥无几。voC物理好资源网(原物理ok网)

不过客观来说,爱因斯坦关于哲学的这种观点,虽然在当时也并不具有代表性,所以在明天也不见得会有哪些现实意义,更不用说弦化学学家们只占化学学界的一小部份,而会在脸书上留言的就更少了——他们可能只是弦化学学家这一小类群体中比较开朗的那一部份。由此可以看出,她们对哲学的反驳虽然并不能代表化学学界的整体心态,但是糟糕的是,因为参与这场讨论的都是学术领域的顶级人才,她们很容易让大众形成误会——因为并不了解这个领域的普通围观群众(甚至研究其他课题的化学学家)只有通过科学家们在公众媒体、科普刊物上轰轰烈烈的辩论来了解弦论这一宏大课题。voC物理好资源网(原物理ok网)

也就是说,公众昨天所接触到的化学学界虽然只有两种人:大肆惧怕哲学的,和自以为懂得了相关哲学精髓而自恃甚高的。由此观之,除了该领域科研人员的小圈子早已发生了危机,整个社会都在逐渐遗失对人性与科学的赞扬和尊重——更不用提每年拨给数学学家们的动辄百万的研究经费了(研究经费其实只会发给化学学家,不会发给哲学家)。所以,在明天这些情况下,我们有必要再度重新掀开历史的档案,仔细推敲波普尔哲学的深层意义,而且回答一个问题:它和科学之间究竟是哪些关系。voC物理好资源网(原物理ok网)

让我们回到文章最初提及的波普尔的理论:判定“科学”与“非科学”的衡量标准是可证伪性。这个标准看起来好像十分简单,不过坏消息是,这只是表象。波普尔的这个理论被概括成只言片语发到脸书上后,早已成功骗过了不少聪明的评论者,使她们严重高估了埋藏在理论背后的哲学的复杂性。这就似乎把波普尔的哲学弄成了贴在电缆线杆上的小广告:“不能被证伪的东西就不是科学,不要再浪费大众的时间和金钱了!”voC物理好资源网(原物理ok网)

但是,优秀的哲学思想是不可能被小广告一样的简单口号就总结下来的,所以准备真正理解这个思想的人也不可能满足于这样的简单句子。哪怕是波普尔自己,也在同行批评和例子的洗礼下,对他关于证伪性和分界问题的理论作出了多次更改——这是每一个慎重严密的思想家还会做的。例如,他一开始就排除了验证在理论构建过程中的作用,由于假如人们在构建一个理论的过程中就积极找寻否认它的证据,这么要它要通过检验实在是太简单了。类似的倾向无论是在普通大众的生活中,还是在科学家的研究过程里都非常常见,现代心理学家们给了这些现象一个专有名词:证实性偏见(bias)。voC物理好资源网(原物理ok网)

小辞典voC物理好资源网(原物理ok网)

否认性偏见(bias)是指个人选择性地追忆、搜集有利细节,而忽视不利或矛盾的信息,来支持自己已有看法的现象。voC物理好资源网(原物理ok网)

但后来,波普尔又承认检验是完善的科学方式的一部份,尤其是对于能形成大胆而又新颖的预测的理论而言。虽然,之所以1919年爱因斯坦得以在一夜里跨入于顶级科学家之列,恰恰就是由于天文学家们在日食中否认了他的预期数据。不过对波普尔而言,这并不意味着爱因斯坦的理论(广义相对论)就是“真”的,这只能说明短期内人们不用再对该理论据理力争了。确实,考虑到上文中提及的广义相对论与量子热学在特定条件下的冲突,明天我们不再觉得爱因斯坦的理论就是真理。但不可忽略的是,广义相对论成功地经受住了一个世纪以来大大小小的风浪,并且就在几个月之前,科学家们第一次侦测到了引力波——相对论又再一次被否认。voC物理好资源网(原物理ok网)

科学假说在被某种程度上确证之前,须要不同条件下的反复试验voC物理好资源网(原物理ok网)

除此之外,波普尔对于其他一些的理论也发生了改变。他曾把马克思唯心主义史观看做是伪科学的代表,但后来起码承认了马哲论争存在可行性。另一个相像的反例是达尔文进化论,波普尔一开始错误地觉得进化论只是基于无意义的同义反复,所以起初仍然对进化论持怀疑心态,但后来逐渐接受了进化论。同时,他也承认虽然是最优秀的科学理论,在证伪性问题上也可能存在漏洞——考虑到一个完整的理论中总会包含一些辅助性的次级理论和作为背景的推测。举个反例,假如有人想通过“使用天文望远镜和照像机观测太阳”来验证爱因斯坦的理论,这么事实上,在他进行实验的同时,他还要保证单反的镜头焦距理论、设计天文望远镜的基础光学原理、用来处理实验数据的物理模型和假说都没有问题,以及其他大量科学家们“想当然”的常识和背景——实际上相当于同时验证了如此一大堆理论,而同时,他还要努力把注意力集中在爱因斯坦的理论上。所以当真实观测到的实验结果不能符合理论相关预期的时侯,我们并不能急于否定整个理论,由于很有可能出错的只是其中某个次级理论。这就是为何当我们能在相当程度上确信某个理论之前,必须先经过不同条件下的反复验证。voC物理好资源网(原物理ok网)

波普尔的工作,与其说是回答了“分界问题”,不如说是以一己之力将“分界问题”放上科学哲学界的版图,并呼吁哲学家们为了哲学领域的完善发展,努力划分哪些是科学,哪些不是。这些格局仍然持续到了1983年,这一年知名科学哲学家拉里·劳登(Larry)发表了一篇名为《分界问题的终结》(Theofthe)的论文,在这篇影响巨大的论文里,劳登宣称,解决分界问题对哲学家们来说完全是浪费时间。他在文章中列出了一系列理由以论证他的观点,其中最重要的一条便是,对于任何人来说,找全所有划分“科学”、“伪科学”、或是其它类似事物的充要条件组成的集合都是绝对不可能的——而若是找不全这种充要条件,完全严格地分辨科学与伪科学简直就是天方夜谭。voC物理好资源网(原物理ok网)

“充分必要”(简称“充要”)似乎并不是科学哲学术语,而是一个逻辑哲学术语,但它对我们理解劳登的理论至关重要。劳登觉得,波普尔和其他人企图精确划分“科学”与“非科学”的试图,虽然和初等几何中的定义差不多。例如,人们定义外角和为180度的几何图形为三角形。这个定义是充分且必要的:只要一个几何图形的外角和是180度,我们就可以说这是一个三角形(充分性);而假如这个几何图形的外角和不是180度,它就不是三角形(必要性)。而在劳登看来,分界问题根本难以找到这样的答案,由于“科学”或是“伪科学”这样的概念原本就是复杂的、多维的、模糊的物理学的进化论,并不存在清晰的分界线。从某种意义上来说,指责着“波普尔跟屁虫”的化学学家们(也就是弦理论的支持派)虽然和劳登的看法不谋而合:波普尔的证伪性标准,是一种与客观情况相去甚远的“一刀切”标准,它并不适用于分辨“科学”与“伪科学”,而觉得它能在理论化学这样的前沿学科中分辨完善与非完善的科学理论,就更是一个笑话了。voC物理好资源网(原物理ok网)

不过,请容许我再度指责我前面提及的观点——我晓得在这篇文章中我早已反复变卦许多次了(笑)。波普尔绝不像上文劳登、肖恩·卡罗尔、伦纳德·萨斯坎德等人所说的那样不堪,同样,分界问题也绝不像她们所说的那样一无是处。不少研究者(包括我和我的常年合作伙伴马腾·布德里)最近都维持这样的想法:劳登对于分界问题的否定下得有些过快了。并且我们都觉得,脸书不是一个讨论科学哲学的好地方(此处其实指的是肖恩·卡罗尔等人在脸书上质疑波普尔理论),许多细致精妙的讨论内容都未能在哪里展开。voC物理好资源网(原物理ok网)

好消息是,分界问题的研究并不是无路可寻的——只要乐意革除充要条件的限制,公路立刻都会出现在你的眼前,而事实上,就连波普尔自己也没有要求一定要在充要条件下研究划分问题。那我们不禁要问了,若果革除充要条件,取而代之的又是哪些?这个问题的答案是维特根斯坦的‘家族相像性’理论。我们觉得“科学”和“伪科学”各自都是一类具有“家族相像性”特征的概念。路德维希·维特根斯坦()是20世纪另一位伟大的哲学家,在这个问题上,维特根斯坦如同是另一个波普尔,虽然这两位哲学家有着迥然不同的性子禀性和社会经济背景(译者:我不会告诉你小维家里超级有钱的),甚至连研究兴趣也完全不一样。[假如读者想进一步了解这两位哲学家的不同物理学的进化论,可以参考一本挺有意思的读物:《维特根斯坦的拨火棍》(成都出版社,2003),该书的作者是新闻记者大卫·埃德蒙(David)和约翰·艾丁诺(John)]voC物理好资源网(原物理ok网)

小辞典voC物理好资源网(原物理ok网)

家族相像性():指用同一个字(或词)来代表不同事物或状态,这种事物或状态尽管不同,却像家族的成员一样,具有个别相像的特点,且属于同一家庭。维特根斯坦以游戏(game)这个词为例,在日常语言中,游戏这个词可以拿来贬抑众多不同的活动,如打垒球是一个game、下棋是一个game、人生是一个game等等,但这许多活动虽然并没有相同的特质,它们所具备的只是家族相像性,就好象家庭中的成员(如兄弟姐妹)通常,长得相像,有相像的神韵、体型、眼睛和头发,而且仔细剖析上去,这种成员并不具备有相同的特质。(参考来源:)voC物理好资源网(原物理ok网)

发表评论

统计代码放这里