關于科學本質(zhì)與靈魂的戰(zhàn)役：弦理論宜鸯、多重宇宙是真的嗎

機器之心 2016-01-07

圖注：物理學家George Ellis（中）和 Joe Silk（右）在慕尼黑大學憔古。本文來自quantamagazine，作者Natalie Wolchover淋袖。機器之心編譯出品鸿市。參與：閑蛋員，楊超即碗，鐘靚焰情，汪汪。

弦理論剥懒、多重宇宙等許多現(xiàn)代物理學思想都可能是不可驗證的内舟。既然如此，我們是否應該相信這些理論初橘？這是科學家和哲學家們在慕尼黑最近舉辦的一場具有歷史意義的會議上所探討的一個問題验游。

物理學家通常認為他們「不需要科學哲學家和科學史學家，如同鳥兒們不需要鳥類學家一樣壁却，」諾貝爾獲獎者David Gross在慕尼黑對著滿屋的哲學家、歷史學家和物理學家引用了已故著名物理學家理查德·費曼的這句話裸准。

但是展东，非常時期呼喚非常方法。

Gross解釋到炒俱，基礎物理學面臨著一個問題盐肃，這個問題已經(jīng)嚴重到需要其它學科的同仁給予幫助的程度爪膊。他說：「到了這個時間點，我們需要互相幫助砸王⊥剖ⅲ」

這是一個為期三天研討會的開幕致辭。這個研討會在慕尼黑大學 （LMU Munich）的一個羅馬風格的大講堂中舉行谦铃。前面坐著兩位白發(fā)蒼蒼的物理學家耘成，他們分別是George Ellis 和 Joe Silk。一年以前驹闰，正是他們兩人提議舉辦這樣一次會議瘪菌，目的是為了集思廣益。100位與會者齊聚在這個具有悠久的物理學和科學哲學傳統(tǒng)的著名學府嘹朗。他們進行了一場被Ellis和 Silk稱為「關于科學之本質(zhì)與靈魂的戰(zhàn)役」师妙。

如Ellis 和 Silk所講到的，這個危機是由于現(xiàn)代物理理論中的過度推測所造成的屹培。這種現(xiàn)象反映出一種危險的傾向默穴，與科學方法背道而馳。今天的許多物理理論學家僅因為某些理論很美妙或邏輯上很吸引人就說服自己相信此類理論褪秀，卻無視它們不可檢驗這一事實蓄诽。這類理論學家中不乏許多弦理論和多重宇宙假說的支持者。Ellis 和 Silk 控訴這樣的理論學家們「移動了科學的球門柱」溜歪，同時模糊了物理學和偽科學之間的界線若专。Ellis 和 Silk寫道：「科學理論的出版許可只能授予那些可以被實驗驗證的理論，」因此蝴猪，我們要取消過去40年里的大多數(shù)重要理論的資格调衰。「只有這樣自阱，我們才能保護科學的大廈不受攻擊嚎莉。」

從某種程度上說沛豌，他倆是在回應Richard Dawid提出的一些帶有爭議的想法趋箩。后者是一位奧地利哲學家，他在2013年的《弦理論與科學方法》（String Theory and the Scientific Method）一書中提到了三類「非經(jīng)驗的」證據(jù)加派，有助于在缺乏經(jīng)驗數(shù)據(jù)的情況下叫确，建立對某些科學理論的信心。Dawid目前在慕尼黑大學擔任訪問學者芍锦。他響應了Ellis 和 Silk的挑戰(zhàn)竹勉，并且邀請世界各地的學者參與了這次盛會，希望大家各抒己見娄琉。

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加州大學圣塔芭芭拉分校的理論物理學家David Gross

Gross 為這次討論文做了開場演講次乓。Gross是一個弦理論的支持者吓歇。2004年，他因?qū)υ娱g作用力的研究而獲得了諾貝爾物理學獎票腰。他斷言城看，這個問題不是物理學家的問題，而是關于「大自然真相」的問題——在追逐答案的漫漫長路中杏慰，我們已經(jīng)一往無前地奔跑了400余年测柠。

對于大統(tǒng)一理論（用一個統(tǒng)一的理論來解釋自然界所有的力）的探索是很艱難的，這需要物理學家們越來越細致地考察我們的宇宙——例如逃默，我們需要考察物質(zhì)內(nèi)的原子鹃愤、原子內(nèi)的質(zhì)子和中子、以及質(zhì)子和中子內(nèi)的夸克完域。但是软吐，這種放大觀測尺度的過程總是需要能量的。Gross 說吟税，制造相應設備的難度和成本隨著能量的提高而呈指數(shù)級增長凹耙。「在過去的400年里肠仪，這些問題都被一一解決了肖抱。一開始，我們的觀測尺度是厘米級异旧，而現(xiàn)在已經(jīng)達到了厘米的幾百萬分之一的幾百萬分之一的幾百萬分之一」——也就是瑞士大型強子對撞機（LHC）目前的分辨率意述。「我們已經(jīng)走得非常遠了吮蛹，但是這個能級的平方會把我們毀滅荤崇，」他說。

當我們用自己能力的實用極限去探察自然界的基本原理時潮针，理論學家的心思已經(jīng)游蕩到最小可觀測距離以及最大的能量范圍之外去了术荤。強烈的跡象表明宇宙的基本組成單元比目前LHC能達到的尺度還要小億萬倍。這就是「萬物理論」的候選者——弦理論試圖描述的疆域每篷。但是瓣戚，沒有任何人知道該如何去探索這片未知的領域。

這個問題同樣桎梏著物理學家在宏觀尺度上認識宇宙：沒有一臺望遠鏡能夠望穿我們宇宙的視界焦读，窺見多重宇宙理論所提出的其他宇宙子库。但是，現(xiàn)代宇宙學理論在邏輯上支持多個宇宙存在的可能性矗晃。

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無論是因為理論家的得意忘形仑嗅，還是因為自然的刻意隱瞞造成目前的缺憾，結(jié)論都是一樣的：理論已經(jīng)脫離了實驗驗證。現(xiàn)在理論推測的對象太遠无畔、太小、能量太高或太早吠冤，遠到無法用我們現(xiàn)有的技術和設備去觸及或者排除浑彰。

那么我們應該怎么做呢？

按照Ellis 和 Silk所說拯辙，「物理學家郭变、哲學家和其它科學家應該統(tǒng)一出一套新的科學方法，用以解決現(xiàn)代物理學中所遇到的問題涯保∷弑簦」

Gross 說：「下一步所面臨的問題，不是一種意識形態(tài)而是一種策略：什么是做科研最有用的方法夕春？」

在這三個冬日里未荒，學者們對如下話題展開了激烈的討論：理論、證實和真理的意義及志；科學是如何運作的片排；以及當前哲學是否應該指導物理學方面的研究，或者是否應該反過來速侈，讓物理學來指導哲學的研究率寡。在這些緊迫但是沒有時間限制的討論過程中，大家達成了一定程度上的共識倚搬。

游戲的規(guī)則

縱觀歷史冶共，科學的法則經(jīng)歷了飛速的發(fā)展，只有不斷被修訂每界，才能適應不斷變化的情況捅僵。古人相信他們可以通過推理來接近科學真理。到了17世紀盆犁，艾薩克·牛頓通過「理性主義」哲學打破了這種觀點命咐，點燃了現(xiàn)代科學，采用了「經(jīng)驗主義」的方法谐岁，也就是科學知識只能從經(jīng)驗觀察中派生而來醋奠。換句話說，一種理論只有被實驗證實后伊佃，才可以寫入教科書窜司。

但是一個未經(jīng)檢驗的理論需要滿足什么條件才能被認為是科學的呢？理論學家引領科學探索的方式是航揉，想出理論塞祈，并把它們放到測試中進行檢驗，然后解釋實驗結(jié)果帅涂。那么议薪，是什么讓理論學家們一直遵守科學標準或法則的約束呢尤蛮？

今天，大多數(shù)物理學家通過奧地利-英國哲學家卡爾·波普爾（Karl Popper）的經(jīng)驗法則來判斷理論的合理性斯议。在上世紀30年代产捞，波普爾通過比較愛因斯坦和弗洛伊德的工作，從而在科學和非科學之間劃定了界限哼御。愛因斯坦的廣義相對論認為引力是由于時空的彎曲坯临，做出了有風險的預測——如果這些預測沒有如此成功，就有可能失敗得非常慘淡恋昼，從而證偽該理論看靠。但是弗洛伊德的精神分析則非常圓滑：你母親的任何過錯都有可能對你的診斷造成影響。該理論不可證偽液肌，因此波普爾認為這不是科學挟炬。

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Paul Teller（窗邊）是加州大學戴維斯分校的哲學家和榮譽教授

批評者指責弦理論、多重宇宙假說和宇宙暴脹理論（這是宇宙形成的主要理論）處于波普爾界限的非科學那邊辟宗。批評者甚至借用哥倫比亞大學物理學家Peter Woit 2006年關于弦理論的書名來指責這些想法「甚至連錯誤都算不上」。在他們的社論中吝秕，Ellis和Silk引用波普爾的精髓：「可證偽的理論才是科學∷盖停」

但是，在慕尼黑约郁，許多科學家都驚訝地得知缩挑，證偽主義不再是科學界最具聲望的理念。紐約城市大學研究生中心的哲學家Massimo Pigliucci指出鬓梅，正如波普爾自己所認識到的那樣，將可證偽性作為科學和非科學之間的分界線是遠遠不夠的绽快。例如，占星術是可證偽的（事實上坊罢，它已被證偽到令人厭煩）续担，但是它并不是科學。物理學家關于波普爾理論的當務之急是「有些東西真的需要立即停止活孩∥镉觯」 Pigliucci說，「我們需要討論當前的科學哲學询兴。我們不需要討論50年前是什么樣乃沙∈ⅲ」

如今崔涂，正如一些哲學家在研討會所指出的那樣始衅，波普爾主義者的證偽主義已經(jīng)被貝葉斯證實理論所取代缭保。貝葉斯證實理論是基于18世紀英國統(tǒng)計學家托馬斯·貝葉斯的概率論發(fā)展起來的現(xiàn)代化框架汛闸。貝葉斯證實理論允許這樣的事實存在艺骂，即現(xiàn)代科學理論提出的主張通常遠遠超出了目前可以直接觀察的范圍（例如沒有人真的看到過原子）诸老，所以今天的理論通常很難簡單放入證偽和不可證偽的二分法中钳恕。相反，對理論的信任往往落在了連續(xù)統(tǒng)的某處厘肮，當獲得新信息時，會在0%和100%之間上下滑動睦番。「貝葉斯理論框架比波普爾的理論更加靈活托嚣，并且它也能與推理的心理學很好地連接起來，」慕尼黑大學貝葉斯理論哲學家Stephan Hartmann說兢哭。

Gross對此表示同意夫嗓。他說迟螺，從Dawid的書中學習貝葉斯證實理論時舍咖，他感到「有點像莫里哀筆下的某位人物說道，「我的天哪谎仲，我的一生都在說著平淡無奇的話！」

Hartmann說，貝葉斯理論的另一個優(yōu)點是杉武，可以幫助像Dawid一樣的哲學家弄清楚「這種非經(jīng)驗的證據(jù)如何適應，或者說可能適應轻抱。」

另一種證據(jù)

今年49歲的Dawid是一名理論物理學家祈搜，有著一頭松軟的棕色頭發(fā)士八，是一個謙和容燕、愛笑的人婚度。上個世紀90年代末，當他在加州大學伯克利分校弦理論研究中心工作期間蝗茁，他被許多弦理論學家那種盡管缺乏實證支持卻依然堅信自己走在正確道路上的信心所深深吸引∠蹋「為什么他們相信這個理論呢？」他回想起他當時的疑惑粘舟。「他們的思考方式與傳統(tǒng)有什么不同呢佩研？」

弦理論說，當湊近細看時旬薯，基本粒子擁有維度，在自然界最小的尺度上表現(xiàn)得像扭擺的回路（也稱為「弦」）和薄膜硕舆。根據(jù)這個理論，額外維也能實現(xiàn)在時空本身的結(jié)構(gòu)中抚官。在這個更高維的空間中阶捆，弦的不同振動模式產(chǎn)生出了組成我們可觀測宇宙的一系列粒子凌节。特別是其中一種振動模式符合「引力子」的特征，這正是與萬有引力相關的假想粒子倍奢。這樣，弦理論將愛因斯坦廣義相對論描述的萬有引力與粒子物理學余下的部分統(tǒng)一起來了卒煞。

然而，弦理論根植于20世紀60年代發(fā)展起來的思想衣撬，并沒有對可觀測宇宙做出任何可檢驗的預測。為了理解為什么這么多學者依然相信它具练，Dawid報名參加了一些科學哲學的課程贴届。當他發(fā)現(xiàn)對該現(xiàn)象所做的研究是如此之少時，他改變了自己的研究領域毫蚓。

視頻：Richard Dawid，慕尼黑大學的哲學家元潘，曾是一名物理學家

在21世紀初君仆，他指出翩概，有三條非經(jīng)驗主義的論證使弦理論的支持者對其產(chǎn)生了信心返咱。

首先，似乎只有一種版本的弦理論能夠?qū)崿F(xiàn)一致的統(tǒng)一（盡管它有許多不同的數(shù)學表達形式）咖摹；此外，盡管人們付出了不懈的努力萤晴，但還沒有其他的「萬物理論」能夠統(tǒng)一已發(fā)現(xiàn)的所有基本力。（有一個與之競爭的理論叫圈量子引力理論嗦枢，它能在量子尺度上描述引力，但不能將引力與其他幾種力統(tǒng)一起來文虏。）這樣侣诺，弦理論成為了一個「缺乏替代方案」的理論择葡，通俗地講就是「弦理論是鎮(zhèn)上唯一的游戲」，這也增強了理論學家們的信心阻星，讓他們認為幾乎不存在其他可能統(tǒng)一四種基本力的方法，使得弦理論看起來似乎就是唯一正確的路徑妥箕。

其次，弦理論是從標準模型中成長出來的理論畦幢，而標準模型在它形成的年月中缆蝉，也沒有可供備選的替代方案宇葱。標準模型能在單個數(shù)學結(jié)構(gòu)中將所有基本粒子和基本力（除了萬有引力）統(tǒng)一起來刊头，該理論已被人們廣為接受，并且已被經(jīng)驗所證實原杂。Dawid用這個被他稱為「元歸納」（meta-inductive）的論點來支持「缺乏替代方案」的理論在過去相似的環(huán)境中曾有過成功案例印颤，以此來反對科學家找不到備選方案的原因只是因為不夠聰明的觀點穿肄。

第三個非經(jīng)驗主義論證是年局，弦理論除了它本身打算解決的大統(tǒng)一問題之外咸产，還意外地對一些其他理論問題作出了解釋矢否。來自加州大學圣芭芭拉分校的Joe Polchinski是一位堅定的弦理論學家脑溢，他在慕尼黑會議中閱讀論文時，舉出了幾個被Dawid稱為「意外的解釋性聯(lián)系」的例子焚志。例如，弦理論解釋了黑洞的熵酱酬，以及在過去15年中曾掀起一波研究熱潮的驚人發(fā)現(xiàn)中膳沽，弦理論能在數(shù)學上轉(zhuǎn)換為粒子物理學，例如描述原子核的理論等巡揍。

Polchinski總結(jié)到腮敌，想想我們與自然界最細微的尺度之間的距離糜工，我們理應覺得自己很幸運：「弦理論是存在的录淡，并且我們已經(jīng)找到了它〖灯荩」（Polchinski同樣也采用了Dawid的非經(jīng)驗主義論證來計算了多重宇宙存在的貝葉斯概率為94%——這個數(shù)值遭到了多重宇宙批評者在網(wǎng)絡上直言不諱地奚落。）

Dawid在一次訪談中承認了將貝葉斯證實理論放入非經(jīng)驗主義論證的擔憂：「它打開了拋棄所有科學原則的防洪堤帆啃》锔玻」為了維護自己偏好的觀點時链瓦，人們可以想出各種非經(jīng)驗的優(yōu)點來擁護他的觀點盯桦〔橙校「顯然風險是有的，并且人們應該對這種辯解持小心謹慎的態(tài)度卖子，」Dawid說⊙竺觯「但是，承認非經(jīng)驗實證是科學的一部分诫舅，并且其作為科學的一部分已經(jīng)有一段時間了，這將為討論提供一個更好的基礎这弧，而不是假裝它不存在娃闲、默默地使用它然后說我沒這么做匾浪。一旦它進入光天化日之下，人們就能在具體的語境中來討論對它的支持與反對了蛋辈。」

慕尼黑之爭

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歷史的故紙堆中堆滿了美麗的理論捌年。丹麥宇宙歷史家Helge Kragh在2011年的《Higher Speculations》一書細數(shù)了這些失敗的案例。在慕尼黑礼预，他在演講中介紹了19世紀的原子渦動說。這個理論由 Scots Peter Tait和Lord Kelvin提出柒巫，曾被稱為「成功的萬物理論」。它認為泉唁，空間中充斥著一種名為以太的流體介質(zhì)，而原子是以太中的微觀漩渦玷坠。氫氣、氧氣等所有原子歸根結(jié)底只是不同的漩渦節(jié)點兄渺。Kragh說二拐，一開始這個理論「似乎非常有前景」百新。「人們沉醉于它數(shù)學形式的豐富性形庭。用當時的話說就是斟珊，足以讓數(shù)學家們忙上幾個世紀《率」嗚呼哀哉，原子并不是什么漩渦愉镰，連所謂的以太也根本不存在阔拳。美麗的理論不一定都是真的。

不過有時候货裹，美麗的理論卻確實有可能是真的笔咽。愛因斯坦在理性的引領下得到了他的相對論叶组。即使在相對論被實踐檢驗之前，他也基于理性吭产、全心全意相信它是真的橄霉。「我確信覆糟，純粹的思考能捕捉到真理，正如古人所夢想的那樣麦箍，」1933年揍诽，愛因斯坦如是說渠啤。一年前沥曹，他的理論剛剛被太陽周圍彎曲的星光所驗證。

而哲學家的問題是：如果在不進行實驗的情況下想邦，如何區(qū)分原子渦動說和愛因斯坦相對論二者的非實證特點的區(qū)別丧没？我們是否能相信一個沒有經(jīng)驗基礎的理論？

在研討會的第三個下午夺饲，慕尼黑大學哲學家Radin Dardashti說，Dawid的哲學特別致力于確定哪些非經(jīng)驗主義論證是重要的浩销，并允許科學家「不根據(jù)簡單性來做出評估陆盘，而簡單性并不以美作為基礎隘马⊙殉担」Dardashti解釋說崭添，Dawid式的評估理應比這些度量更加客觀棘伴，并且更能揭示出一個理論真正的前景焊夸。

Gross說Dawid「優(yōu)美地描述了」物理學家們用來「獲取對推測、新想法和新理論的信心」的策略揪阶。

約翰霍普金斯大學80歲的老哲學家和科學史學家Peter Achinstein說：「你是指認為它是真實的信心？認為它有用的信心冰沙？還是……」

「讓我們對信心做一個可操作的定義吧，那就是：我會繼續(xù)研究這個理論，」Gross說愿棋。

「這可真低，」 Achinstein說甘邀。

「對科學研究來說可不低了，」Gross said說逗抑。「這是很重要的問題褂傀。」

Kragh指出参萄，即使是波普爾也清楚那種驅(qū)動弦理論學家的思維方式的價值。波普爾將無法得出可檢驗預測的推測稱作「形而上學」筒溃，但是他認為這種活動很值得，因為未來它或許可能變得可檢驗歪玲。對原子理論來說，確實如此钙皮。19世紀時，許多物理學家都擔心原子理論永遠不能被經(jīng)驗證實茸时。Kragh說：「波普爾并不是一個幼稚的波普爾主義者。如果一個理論不能被證偽汹粤，我們不應該放棄它。我們需要等待√哂浚」

但一些與會者對貝葉斯證實理論表達了擔憂，特別是Dawid的非經(jīng)驗主義觀點潘明。

法國艾克斯-馬賽大學的Carlo Rovelli是圈量子引力理論（弦理論的競爭對手）的支持者腌巾，他反對「貝葉斯證實理論無法區(qū)分科學家已肯定的理論與尚在檢驗中的理論之間的重要區(qū)別」的觀點吓坚。貝葉斯主義「確認」原子100%存在，這是無數(shù)實驗的結(jié)果。但是Rovelli說更耻，原子理論的確認程度甚至不應該與弦理論使用相同的度量單位食侮。弦理論的確認程度不及原子理論的10%锯七；二者處于完全不同的狀態(tài)。Rovelli 說：「Dawid的『非經(jīng)驗主義論證』的問題在于噪猾，它含混了重點。當然，許多弦理論學家非常樂意這樣混淆重點敏晤，因為這樣茵典，他們就可以說弦理論已經(jīng)被『確認了』。模棱兩可扶平。」

德國物理學家 Sabine Hossenfelder在她的演講中論稱麻献，基礎物理學的進步常來自于拋棄過去珍視的偏見（例如勉吻，自然界所有力必須統(tǒng)一惑惶。）Rovelli附和說：「Dawid的非經(jīng)驗主義確認方法對這種進步的可能性形成了阻礙带污，因為它只把我們的信任建立于自己過去相信的東西之上养渴。」他繼續(xù)說：「它帶走了一些工具——或許帶走了科學思考的靈魂自身藐唠，那就是『不要相信你自己的思考÷栲冢』」

慕尼黑會議的內(nèi)容或許將在2017年編撰和發(fā)表润脸。根據(jù)Ellis的說法灾测，這次會議的一個重要結(jié)果就是媳搪，參會的弦理論學家們一致認同，從證實的角度看活逆，弦理論并沒有被「確認」蔗候。Ellis在電郵中寫到：「David Gross的觀點很清楚：Dawid的標準對證明某些理論研究工作的合理性來說很有用，但并不是說這些理論已經(jīng)用非經(jīng)驗主義的方法證實了害晦。我認為命锄，這似乎是一個不錯的觀點——清楚地說明奕巍，這是一個進步的止。」

在談及理論學家應如何繼續(xù)工作時权谁，許多與會者都表達了同樣的觀點：弦理論和其他目前還無法檢驗的理論研究應當繼續(xù)旺芽。Achinstein在會后的一封電郵中寫到：「繼續(xù)推測。積極進行推測，給出你的解釋抵怎，但是必須承認它們只是可能的解釋尝艘”澈ィ」

「或許有一天娄徊，事情會發(fā)生改變捻脖，」Achinstein補充到∶剩「或許推測會變得可檢驗筐赔；或許也不會茴丰，永遠不會峦椰。」我們可能永遠無法確認宇宙運轉(zhuǎn)的方式滔金。他說：「但是冒签，或許你能把可能性減少到少數(shù)幾個。我認為這也是某種進步肠阱。」

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混吃等死

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2016-01-10回復

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關于科學本質(zhì)與靈魂的戰(zhàn)役：弦理論隐锭、多重宇宙是真的嗎

機器之心 2016-01-07

圖注：物理學家George Ellis（中）和 Joe Silk（右）在慕尼黑大學刘绣。本文來自quantamagazine完丽，作者Natalie Wolchover薄辅。機器之心編譯出品。參與：閑蛋員良蛮，楊超，鐘靚泻仙，汪汪究抓。

弦理論蛤克、多重宇宙等許多現(xiàn)代物理學思想都可能是不可驗證的。既然如此瞒津，我們是否應該相信這些理論？這是科學家和哲學家們在慕尼黑最近舉辦的一場具有歷史意義的會議上所探討的一個問題烁落。

物理學家通常認為他們「不需要科學哲學家和科學史學家救斑，如同鳥兒們不需要鳥類學家一樣篓叶，」諾貝爾獲獎者David Gross在慕尼黑對著滿屋的哲學家、歷史學家和物理學家引用了已故著名物理學家理查德·費曼的這句話。

但是冰悠，非常時期呼喚非常方法代赁。

Gross解釋到，基礎物理學面臨著一個問題，這個問題已經(jīng)嚴重到需要其它學科的同仁給予幫助的程度。他說：「到了這個時間點，我們需要互相幫助嗤军。」

這是一個為期三天研討會的開幕致辭侦啸。這個研討會在慕尼黑大學 （LMU Munich）的一個羅馬風格的大講堂中舉行本鸣。前面坐著兩位白發(fā)蒼蒼的物理學家宁否，他們分別是George Ellis 和 Joe Silk。一年以前，正是他們兩人提議舉辦這樣一次會議，目的是為了集思廣益立帖。100位與會者齊聚在這個具有悠久的物理學和科學哲學傳統(tǒng)的著名學府窿克。他們進行了一場被Ellis和 Silk稱為「關于科學之本質(zhì)與靈魂的戰(zhàn)役」辈挂。

如Ellis 和 Silk所講到的霉翔，這個危機是由于現(xiàn)代物理理論中的過度推測所造成的。這種現(xiàn)象反映出一種危險的傾向子眶，與科學方法背道而馳。今天的許多物理理論學家僅因為某些理論很美妙或邏輯上很吸引人就說服自己相信此類理論臭杰，卻無視它們不可檢驗這一事實芝加。這類理論學家中不乏許多弦理論和多重宇宙假說的支持者硅卢。Ellis 和 Silk 控訴這樣的理論學家們「移動了科學的球門柱」藏杖，同時模糊了物理學和偽科學之間的界線。Ellis 和 Silk寫道：「科學理論的出版許可只能授予那些可以被實驗驗證的理論蝌麸，」因此，我們要取消過去40年里的大多數(shù)重要理論的資格来吩。「只有這樣弟疆，我們才能保護科學的大廈不受攻擊⊥」

從某種程度上說，他倆是在回應Richard Dawid提出的一些帶有爭議的想法迫肖。后者是一位奧地利哲學家，他在2013年的《弦理論與科學方法》（String Theory and the Scientific Method）一書中提到了三類「非經(jīng)驗的」證據(jù)蟆湖，有助于在缺乏經(jīng)驗數(shù)據(jù)的情況下，建立對某些科學理論的信心隅津。Dawid目前在慕尼黑大學擔任訪問學者。他響應了Ellis 和 Silk的挑戰(zhàn)饥瓷，并且邀請世界各地的學者參與了這次盛會，希望大家各抒己見呢铆。

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加州大學圣塔芭芭拉分校的理論物理學家David Gross

Gross 為這次討論文做了開場演講蹲缠。Gross是一個弦理論的支持者。2004年线定，他因?qū)υ娱g作用力的研究而獲得了諾貝爾物理學獎。他斷言纱皆，這個問題不是物理學家的問題，而是關于「大自然真相」的問題——在追逐答案的漫漫長路中派草，我們已經(jīng)一往無前地奔跑了400余年铛楣。

對于大統(tǒng)一理論（用一個統(tǒng)一的理論來解釋自然界所有的力）的探索是很艱難的近迁，這需要物理學家們越來越細致地考察我們的宇宙——例如簸州，我們需要考察物質(zhì)內(nèi)的原子、原子內(nèi)的質(zhì)子和中子岸浑、以及質(zhì)子和中子內(nèi)的夸克。但是矢洲，這種放大觀測尺度的過程總是需要能量的。Gross 說蛆橡，制造相應設備的難度和成本隨著能量的提高而呈指數(shù)級增長舌界√┭荩「在過去的400年里，這些問題都被一一解決了睦焕。一開始，我們的觀測尺度是厘米級垃喊，而現(xiàn)在已經(jīng)達到了厘米的幾百萬分之一的幾百萬分之一的幾百萬分之一」——也就是瑞士大型強子對撞機（LHC）目前的分辨率〕跫遥「我們已經(jīng)走得非常遠了乌助，但是這個能級的平方會把我們毀滅溜在，」他說他托。

當我們用自己能力的實用極限去探察自然界的基本原理時，理論學家的心思已經(jīng)游蕩到最小可觀測距離以及最大的能量范圍之外去了赏参。強烈的跡象表明宇宙的基本組成單元比目前LHC能達到的尺度還要小億萬倍。這就是「萬物理論」的候選者——弦理論試圖描述的疆域把篓。但是，沒有任何人知道該如何去探索這片未知的領域纸俭。

這個問題同樣桎梏著物理學家在宏觀尺度上認識宇宙：沒有一臺望遠鏡能夠望穿我們宇宙的視界，窺見多重宇宙理論所提出的其他宇宙郎楼。但是，現(xiàn)代宇宙學理論在邏輯上支持多個宇宙存在的可能性呜袁。

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無論是因為理論家的得意忘形简珠，還是因為自然的刻意隱瞞造成目前的缺憾阶界，結(jié)論都是一樣的：理論已經(jīng)脫離了實驗驗證。現(xiàn)在理論推測的對象太遠芙粱、太小、能量太高或太早春畔，遠到無法用我們現(xiàn)有的技術和設備去觸及或者排除。

那么我們應該怎么做呢律姨？

按照Ellis 和 Silk所說臼疫，「物理學家择份、哲學家和其它科學家應該統(tǒng)一出一套新的科學方法烫堤，用以解決現(xiàn)代物理學中所遇到的問題「胝澹」

Gross 說：「下一步所面臨的問題，不是一種意識形態(tài)而是一種策略：什么是做科研最有用的方法湾盗？」

在這三個冬日里立轧，學者們對如下話題展開了激烈的討論：理論、證實和真理的意義氛改；科學是如何運作的；以及當前哲學是否應該指導物理學方面的研究疆导，或者是否應該反過來，讓物理學來指導哲學的研究澈段。在這些緊迫但是沒有時間限制的討論過程中舰攒，大家達成了一定程度上的共識败富。

游戲的規(guī)則

縱觀歷史摩窃，科學的法則經(jīng)歷了飛速的發(fā)展，只有不斷被修訂，才能適應不斷變化的情況账阻。古人相信他們可以通過推理來接近科學真理泽本。到了17世紀淘太，艾薩克·牛頓通過「理性主義」哲學打破了這種觀點观挎，點燃了現(xiàn)代科學，采用了「經(jīng)驗主義」的方法嘁捷，也就是科學知識只能從經(jīng)驗觀察中派生而來。換句話說雄嚣，一種理論只有被實驗證實后，才可以寫入教科書鼓鲁。

但是一個未經(jīng)檢驗的理論需要滿足什么條件才能被認為是科學的呢？理論學家引領科學探索的方式是骇吭，想出理論歧寺，并把它們放到測試中進行檢驗燥狰，然后解釋實驗結(jié)果斜筐。那么，是什么讓理論學家們一直遵守科學標準或法則的約束呢顷链？

今天，大多數(shù)物理學家通過奧地利-英國哲學家卡爾·波普爾（Karl Popper）的經(jīng)驗法則來判斷理論的合理性榛了。在上世紀30年代，波普爾通過比較愛因斯坦和弗洛伊德的工作忽冻，從而在科學和非科學之間劃定了界限此疹。愛因斯坦的廣義相對論認為引力是由于時空的彎曲僧诚，做出了有風險的預測——如果這些預測沒有如此成功，就有可能失敗得非常慘淡旗扑，從而證偽該理論。但是弗洛伊德的精神分析則非常圓滑：你母親的任何過錯都有可能對你的診斷造成影響臀防。該理論不可證偽边败，因此波普爾認為這不是科學袱衷。

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Paul Teller（窗邊）是加州大學戴維斯分校的哲學家和榮譽教授

批評者指責弦理論笑窜、多重宇宙假說和宇宙暴脹理論（這是宇宙形成的主要理論）處于波普爾界限的非科學那邊。批評者甚至借用哥倫比亞大學物理學家Peter Woit 2006年關于弦理論的書名來指責這些想法「甚至連錯誤都算不上」排截。在他們的社論中，Ellis和Silk引用波普爾的精髓：「可證偽的理論才是科學脱吱。」

但是箱蝠，在慕尼黑垦垂，許多科學家都驚訝地得知抡锈，證偽主義不再是科學界最具聲望的理念乔外。紐約城市大學研究生中心的哲學家Massimo Pigliucci指出一罩，正如波普爾自己所認識到的那樣，將可證偽性作為科學和非科學之間的分界線是遠遠不夠的聂渊。例如，占星術是可證偽的（事實上汉嗽，它已被證偽到令人厭煩），但是它并不是科學饼暑。物理學家關于波普爾理論的當務之急是「有些東西真的需要立即停止洗做≌镁樱」 Pigliucci說，「我們需要討論當前的科學哲學陈惰。我們不需要討論50年前是什么樣√Т常」

如今，正如一些哲學家在研討會所指出的那樣杯缺，波普爾主義者的證偽主義已經(jīng)被貝葉斯證實理論所取代。貝葉斯證實理論是基于18世紀英國統(tǒng)計學家托馬斯·貝葉斯的概率論發(fā)展起來的現(xiàn)代化框架夺谁。貝葉斯證實理論允許這樣的事實存在肉微，即現(xiàn)代科學理論提出的主張通常遠遠超出了目前可以直接觀察的范圍（例如沒有人真的看到過原子），所以今天的理論通常很難簡單放入證偽和不可證偽的二分法中碉纳。相反，對理論的信任往往落在了連續(xù)統(tǒng)的某處劳曹，當獲得新信息時，會在0%和100%之間上下滑動铁孵。「貝葉斯理論框架比波普爾的理論更加靈活檀头，并且它也能與推理的心理學很好地連接起來，」慕尼黑大學貝葉斯理論哲學家Stephan Hartmann說暑始。

Gross對此表示同意婴削。他說廊镜，從Dawid的書中學習貝葉斯證實理論時唉俗，他感到「有點像莫里哀筆下的某位人物說道配椭，「我的天哪播赁，我的一生都在說著平淡無奇的話！」

Hartmann說容为，貝葉斯理論的另一個優(yōu)點是，可以幫助像Dawid一樣的哲學家弄清楚「這種非經(jīng)驗的證據(jù)如何適應坎背，或者說可能適應〉寐耍」

另一種證據(jù)

今年49歲的Dawid是一名理論物理學家，有著一頭松軟的棕色頭發(fā)眨业，是一個謙和、愛笑的人龄捡。上個世紀90年代末慷暂，當他在加州大學伯克利分校弦理論研究中心工作期間聘殖，他被許多弦理論學家那種盡管缺乏實證支持卻依然堅信自己走在正確道路上的信心所深深吸引行瑞。「為什么他們相信這個理論呢血久？」他回想起他當時的疑惑”疗欤「他們的思考方式與傳統(tǒng)有什么不同呢？」

弦理論說，當湊近細看時庄岖，基本粒子擁有維度，在自然界最小的尺度上表現(xiàn)得像扭擺的回路（也稱為「弦」）和薄膜隅忿。根據(jù)這個理論邦尊，額外維也能實現(xiàn)在時空本身的結(jié)構(gòu)中优烧。在這個更高維的空間中，弦的不同振動模式產(chǎn)生出了組成我們可觀測宇宙的一系列粒子畦娄。特別是其中一種振動模式符合「引力子」的特征，這正是與萬有引力相關的假想粒子杖刷。這樣驳癌，弦理論將愛因斯坦廣義相對論描述的萬有引力與粒子物理學余下的部分統(tǒng)一起來了滑燃。

然而颓鲜，弦理論根植于20世紀60年代發(fā)展起來的思想，并沒有對可觀測宇宙做出任何可檢驗的預測甜滨。為了理解為什么這么多學者依然相信它，Dawid報名參加了一些科學哲學的課程麦备。當他發(fā)現(xiàn)對該現(xiàn)象所做的研究是如此之少時，他改變了自己的研究領域凛篙。

視頻：Richard Dawid栏渺，慕尼黑大學的哲學家，曾是一名物理學家

在21世紀初磕诊，他指出，有三條非經(jīng)驗主義的論證使弦理論的支持者對其產(chǎn)生了信心霎终。

首先，似乎只有一種版本的弦理論能夠?qū)崿F(xiàn)一致的統(tǒng)一（盡管它有許多不同的數(shù)學表達形式）莱褒；此外，盡管人們付出了不懈的努力阅茶，但還沒有其他的「萬物理論」能夠統(tǒng)一已發(fā)現(xiàn)的所有基本力。（有一個與之競爭的理論叫圈量子引力理論脸哀，它能在量子尺度上描述引力，但不能將引力與其他幾種力統(tǒng)一起來撞蜂。）這樣，弦理論成為了一個「缺乏替代方案」的理論谅摄，通俗地講就是「弦理論是鎮(zhèn)上唯一的游戲」，這也增強了理論學家們的信心顽照，讓他們認為幾乎不存在其他可能統(tǒng)一四種基本力的方法，使得弦理論看起來似乎就是唯一正確的路徑代兵。

其次爷狈，弦理論是從標準模型中成長出來的理論，而標準模型在它形成的年月中涎永，也沒有可供備選的替代方案。標準模型能在單個數(shù)學結(jié)構(gòu)中將所有基本粒子和基本力（除了萬有引力）統(tǒng)一起來羡微，該理論已被人們廣為接受，并且已被經(jīng)驗所證實博投。Dawid用這個被他稱為「元歸納」（meta-inductive）的論點來支持「缺乏替代方案」的理論在過去相似的環(huán)境中曾有過成功案例，以此來反對科學家找不到備選方案的原因只是因為不夠聰明的觀點毅哗。

第三個非經(jīng)驗主義論證是捧挺，弦理論除了它本身打算解決的大統(tǒng)一問題之外，還意外地對一些其他理論問題作出了解釋闽烙。來自加州大學圣芭芭拉分校的Joe Polchinski是一位堅定的弦理論學家，他在慕尼黑會議中閱讀論文時，舉出了幾個被Dawid稱為「意外的解釋性聯(lián)系」的例子。例如摊溶，弦理論解釋了黑洞的熵，以及在過去15年中曾掀起一波研究熱潮的驚人發(fā)現(xiàn)中莫换，弦理論能在數(shù)學上轉(zhuǎn)換為粒子物理學霞玄，例如描述原子核的理論等。

Polchinski總結(jié)到拉岁，想想我們與自然界最細微的尺度之間的距離坷剧，我們理應覺得自己很幸運：「弦理論是存在的，并且我們已經(jīng)找到了它喊暖”蛊螅」（Polchinski同樣也采用了Dawid的非經(jīng)驗主義論證來計算了多重宇宙存在的貝葉斯概率為94%——這個數(shù)值遭到了多重宇宙批評者在網(wǎng)絡上直言不諱地奚落。）

Dawid在一次訪談中承認了將貝葉斯證實理論放入非經(jīng)驗主義論證的擔憂：「它打開了拋棄所有科學原則的防洪堤陵叽∧」為了維護自己偏好的觀點時，人們可以想出各種非經(jīng)驗的優(yōu)點來擁護他的觀點巩掺∑颍「顯然風險是有的，并且人們應該對這種辯解持小心謹慎的態(tài)度胖替，」Dawid說《懒睿「但是端朵，承認非經(jīng)驗實證是科學的一部分，并且其作為科學的一部分已經(jīng)有一段時間了记焊，這將為討論提供一個更好的基礎逸月，而不是假裝它不存在、默默地使用它然后說我沒這么做遍膜。一旦它進入光天化日之下碗硬，人們就能在具體的語境中來討論對它的支持與反對了∑奥」

慕尼黑之爭

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歷史的故紙堆中堆滿了美麗的理論恩尾。丹麥宇宙歷史家Helge Kragh在2011年的《Higher Speculations》一書細數(shù)了這些失敗的案例。在慕尼黑挽懦，他在演講中介紹了19世紀的原子渦動說翰意。這個理論由 Scots Peter Tait和Lord Kelvin提出，曾被稱為「成功的萬物理論」。它認為冀偶，空間中充斥著一種名為以太的流體介質(zhì)醒第，而原子是以太中的微觀漩渦。氫氣进鸠、氧氣等所有原子歸根結(jié)底只是不同的漩渦節(jié)點稠曼。Kragh說，一開始這個理論「似乎非常有前景」客年∠挤「人們沉醉于它數(shù)學形式的豐富性。用當時的話說就是量瓜，足以讓數(shù)學家們忙上幾個世紀司恳。」嗚呼哀哉绍傲，原子并不是什么漩渦扔傅，連所謂的以太也根本不存在。美麗的理論不一定都是真的唧取。

不過有時候铅鲤，美麗的理論卻確實有可能是真的。愛因斯坦在理性的引領下得到了他的相對論枫弟。即使在相對論被實踐檢驗之前邢享，他也基于理性、全心全意相信它是真的淡诗『粒「我確信，純粹的思考能捕捉到真理韩容，正如古人所夢想的那樣款违，」1933年，愛因斯坦如是說群凶。一年前插爹，他的理論剛剛被太陽周圍彎曲的星光所驗證。

而哲學家的問題是：如果在不進行實驗的情況下请梢，如何區(qū)分原子渦動說和愛因斯坦相對論二者的非實證特點的區(qū)別赠尾？我們是否能相信一個沒有經(jīng)驗基礎的理論？

在研討會的第三個下午毅弧，慕尼黑大學哲學家Radin Dardashti說气嫁，Dawid的哲學特別致力于確定哪些非經(jīng)驗主義論證是重要的，并允許科學家「不根據(jù)簡單性來做出評估够坐，而簡單性并不以美作為基礎寸宵⊙旅妫」Dardashti解釋說，Dawid式的評估理應比這些度量更加客觀梯影，并且更能揭示出一個理論真正的前景巫员。

Gross說Dawid「優(yōu)美地描述了」物理學家們用來「獲取對推測、新想法和新理論的信心」的策略甲棍。

約翰霍普金斯大學80歲的老哲學家和科學史學家Peter Achinstein說：「你是指認為它是真實的信心疏遏？認為它有用的信心？還是……」

「讓我們對信心做一個可操作的定義吧救军，那就是：我會繼續(xù)研究這個理論，」Gross說倘零。

「這可真低唱遭，」 Achinstein說。

「對科學研究來說可不低了呈驶，」Gross said說拷泽。「這是很重要的問題袖瞻∷局拢」

Kragh指出，即使是波普爾也清楚那種驅(qū)動弦理論學家的思維方式的價值聋迎。波普爾將無法得出可檢驗預測的推測稱作「形而上學」脂矫，但是他認為這種活動很值得，因為未來它或許可能變得可檢驗霉晕。對原子理論來說庭再，確實如此。19世紀時牺堰，許多物理學家都擔心原子理論永遠不能被經(jīng)驗證實拄轻。Kragh說：「波普爾并不是一個幼稚的波普爾主義者。如果一個理論不能被證偽伟葫，我們不應該放棄它恨搓。我們需要等待》ぱ」

但一些與會者對貝葉斯證實理論表達了擔憂斧抱，特別是Dawid的非經(jīng)驗主義觀點。

法國艾克斯-馬賽大學的Carlo Rovelli是圈量子引力理論（弦理論的競爭對手）的支持者撼玄，他反對「貝葉斯證實理論無法區(qū)分科學家已肯定的理論與尚在檢驗中的理論之間的重要區(qū)別」的觀點夺姑。貝葉斯主義「確認」原子100%存在，這是無數(shù)實驗的結(jié)果掌猛。但是Rovelli說盏浙，原子理論的確認程度甚至不應該與弦理論使用相同的度量單位眉睹。弦理論的確認程度不及原子理論的10%；二者處于完全不同的狀態(tài)废膘。Rovelli 說：「Dawid的『非經(jīng)驗主義論證』的問題在于竹海，它含混了重點。當然丐黄，許多弦理論學家非常樂意這樣混淆重點斋配，因為這樣，他們就可以說弦理論已經(jīng)被『確認了』灌闺。模棱兩可艰争。」

德國物理學家 Sabine Hossenfelder在她的演講中論稱桂对，基礎物理學的進步常來自于拋棄過去珍視的偏見（例如甩卓，自然界所有力必須統(tǒng)一。）Rovelli附和說：「Dawid的非經(jīng)驗主義確認方法對這種進步的可能性形成了阻礙蕉斜，因為它只把我們的信任建立于自己過去相信的東西之上逾柿。」他繼續(xù)說：「它帶走了一些工具——或許帶走了科學思考的靈魂自身宅此，那就是『不要相信你自己的思考机错。』」

慕尼黑會議的內(nèi)容或許將在2017年編撰和發(fā)表父腕。根據(jù)Ellis的說法弱匪，這次會議的一個重要結(jié)果就是，參會的弦理論學家們一致認同璧亮，從證實的角度看痢法，弦理論并沒有被「確認」。Ellis在電郵中寫到：「David Gross的觀點很清楚：Dawid的標準對證明某些理論研究工作的合理性來說很有用杜顺，但并不是說這些理論已經(jīng)用非經(jīng)驗主義的方法證實了财搁。我認為，這似乎是一個不錯的觀點——清楚地說明躬络，這是一個進步尖奔。」

在談及理論學家應如何繼續(xù)工作時穷当，許多與會者都表達了同樣的觀點：弦理論和其他目前還無法檢驗的理論研究應當繼續(xù)提茁。Achinstein在會后的一封電郵中寫到：「繼續(xù)推測。積極進行推測馁菜，給出你的解釋茴扁，但是必須承認它們只是可能的解釋⊥舸」

「或許有一天峭火，事情會發(fā)生改變毁习，」Achinstein補充到÷敉瑁「或許推測會變得可檢驗纺且；或許也不會，永遠不會稍浆≡芈担」我們可能永遠無法確認宇宙運轉(zhuǎn)的方式。他說：「但是衅枫，或許你能把可能性減少到少數(shù)幾個嫁艇。我認為這也是某種進步∠伊茫」

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混吃等死

有沒有思考過坠陈，所有的科學都是基于“人類”的“觀察”結(jié)果萨惑。

最直觀的，整個“世界”的概念是建立在“人”的視覺神經(jīng)在大腦中形成的仇矾，但“世界”真的就是這樣的嗎庸蔼？

可以說，當微觀和宏觀的尺度超越了人的“觀察”界限贮匕，那么“人類”必然無法理解姐仅。

2016-01-10回復

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