本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
我刚刚赢得了2002年与物理学家米奇奥·卡库所下的赌注。我赌他1000美元,“到2020年,没有人会因为在超弦理论、膜理论或描述自然界所有力的其他统一理论方面的工作而获得诺贝尔奖。” 今年的诺贝尔物理学奖,表彰了宇宙学(耶!吉姆·皮布尔斯!)和天文学领域的扎实工作,是卡库在2020年之前赢得赌注的最后机会。
卡库和我是在Long Bets的赞助下打赌的,Long Bets是一个“公众竞技场,进行有趣且具有竞争力的预测,这些预测与社会息息相关,并涉及慈善资金”。 Long Bets是Long Now Foundation的一个项目,该基金会由斯图尔特·布兰德和其他人在1996年创立,旨在推广“长期思考”。像沃伦·巴菲特、克里斯托夫·科赫、弗里曼·戴森、雷·库兹韦尔、戈登·贝尔、埃里克·施密特、史蒂芬·平克和泰德·丹森这样的人,已经对涉及科学、政治、环境、经济、体育等领域的预测下了数百个赌注。赌注的收益将捐给获胜者选择的慈善机构。卡库和我各自为我们的赌注拿出了1000美元。由于我赢了,2000美元将捐给大自然保护协会。如果卡库赢了,这笔钱将捐给国家和平行动。
物理学家李·斯莫林,弦理论的竞争对手环空间理论的倡导者,本应与我打赌,但在对赌注的措辞吹毛求疵之后,他退出了。明智之举,李。[见斯莫林的评论如下。] 物理学家们尚未为弦理论(40多年前发明的)、环空间理论或任何其他统一理论产生任何经验证据。他们甚至没有获得证据的好主意。
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以下是卡库和我在2002年提出的论点。在我的论点中,我预测“在未来二十年里,越来越少的聪明年轻物理学家会被一种几乎没有经验回报的努力所吸引。” 我不确定我们是否已经达到了那个地步。但我坚持我的预测,即总有一天我们会回顾对统一理论的探索,将其视为一种“宗教”而非科学的追求,这种追求永远不可能实现。
米奇奥·卡库2002年的论点
人们常常忘记,物理学主要是间接完成的。因此,我们知道太阳是由氢气组成的,但没有人去过太阳。我们知道太空中存在黑洞,但根据定义,它们是不可见的。我们知道大爆炸发生在约150亿年前,但没有人亲眼目睹它。我们知道这些事情,因为我们有间接证据或“回声”,例如阳光以及来自黑洞和创世的特征辐射。同样,你不需要建造一个银河系大小的原子对撞机来证明弦理论或M理论(领先的,实际上也是唯一的“万物理论”候选者)。相反,我们需要寻找来自第10和第11维度的回声,如下所示: a) 在几年内,大型强子对撞机,地球上最大的原子对撞机,将在瑞士日内瓦郊外启动。它可能能够找到“超粒子”或超对称粒子,即超弦的更高振动或八度音阶。 b) 无形的暗物质,占宇宙物质的90%,可能被证明是由光微子等超粒子组成的。这也可能验证弦理论。 c) 在这十年中,引力波探测器应该能够记录来自碰撞黑洞的冲击波,这可能会揭示对爱因斯坦1915年原始理论的第一个量子修正。这些量子修正可以与弦理论预测的那些修正进行比较。 d) 在20年内,美国宇航局计划向外太空发射三个引力波探测器。它们应该足够敏感,能够拾取大爆炸本身的冲击波,这些冲击波是在创造瞬间之后的一瞬间产生的。这应该能够证明或证伪弦理论。 就我个人而言,我觉得没有必要通过实验来证明该理论,因为我相信它可以仅用纯数学来证明。万物理论也是一个关于日常能量的理论,我们在其中发现了熟悉的电子、质子和原子。如果我们能够用数学方法解决这个理论,那么我们应该能够从纯数学计算出电子、质子和原子的性质。如果结果与已知数据不符,那么弦理论将被证明是“一无所有的理论”。但是,如果数字一致,那么它将被誉为人类思想最伟大的成就。我们将“读懂上帝的思想”。 那么是什么阻止我们简单地解决这个理论并将结果与自然界进行比较呢?问题在于该理论比我们聪明。地球上没有人聪明到足以解决这个理论。地球上最聪明的人正在研究这个问题,但到目前为止都失败了。(这是因为该理论纯粹是在1968年偶然发现的。我们原本不应该在20世纪看到这个理论。解决该理论所需的数学尚未被发现。) 由于弦理论每8到10年就会有近乎奇迹般的突破,我们可以预期在2020年之前该理论会有另外两次突破,因此到那时我们可能能够解决这个理论。也许阅读这篇赌注的某人会受到启发,从数学上完全解决这个理论。也许那个人随后会接到来自瑞典的电话。
约翰·霍根2002年的论点
纯粹从智力角度来看,物理学的统一理论将是所有科学成就中最伟大的成就。它将最终完成人类对知识的古老追求,这种追求始于我们最早的祖先问“为什么?”的那一刻。它将产生支配整个宇宙的基本规则,从最小到最大的尺度。它将告诉我们宇宙是如何产生的,以及为什么它采取了这种特殊的允许我们存在的形式。它甚至可能揭示我们最终的宇宙命运。至少,这是统一理论的寻求者所希望的,也是我过去曾经相信的。 在1990年代初期,我开始怀疑对统一理论的追求是宗教而非科学。物理学家们想要证明万物都来自一物:一种力,或本质,或在十一维度中蠕动的膜,或某种表现出完美数学对称性的东西。然而,在他们寻找这种原始对称性的过程中,物理学家们已经走火入魔,假设了永远无法通过实验验证的粒子、能量和维度。 超导超级对撞机,这个于1993年被国会取消的巨型粒子加速器,周长本将达到54英里。要想进入超弦据推测蠕动的无穷小微观尺度,将需要一个周长为1000光年的加速器。(整个太阳系只有一天光年左右。)正是这个问题让我确信我将赢得这场赌注。诺贝尔奖评委们一直坚持实验证据。 统一理论的梦想,一些福音传道者称之为“万物理论”,永远不会被完全放弃。但我预测,在未来二十年里,越来越少的聪明年轻物理学家会被一种几乎没有经验回报的努力所吸引。大多数物理学家将开始接受自然界可能并不认同我们对统一性的热情。物理学家已经产生了在某些领域非常有效的理论——牛顿力学、量子力学、广义相对论、非线性动力学——并且没有理由必须有一个单一的理论来解释自然界的所有力。对统一理论的追求将不再被视为科学的一个分支,科学告诉我们关于真实世界的信息,而是一种数学神学。 顺便说一句,我很高兴输掉这场赌注。
后记:这是我赢得的第二个与诺贝尔奖相关的赌注。1994年,我与物理学家迈克尔·里奥丹打赌一箱加州葡萄酒,赌他的斯坦福同事安德烈·林德不会在本世纪末因其在宇宙创生理论——暴胀理论方面的工作而获得诺贝尔奖。二十年后,暴胀理论仍然没有获得诺贝尔奖。
更新:弦理论评论家彼得·沃伊特在他的博客“甚至都不算错”中评论了我战胜卡库的胜利。
李·斯莫林的评论:亲爱的约翰,在您最近关于赢得与卡库的赌注的SA博客(祝贺您!)中,我读到了关于我自己的内容:“物理学家李·斯莫林,弦理论的竞争对手环空间理论的倡导者,本应与我打赌,但在对赌注的措辞吹毛求疵之后,他退出了。明智之举,李。物理学家们尚未为弦理论(40多年前发明的)、环空间理论或任何其他统一理论产生任何经验证据。他们甚至没有获得证据的好主意。”
我花了一些时间进行电子邮件搜索才回忆起这件事,我饶有兴致地发现我的“吹毛求疵”是关于两个问题。 首先,使用诺贝尔奖作为指标。 其次,我当时试图——显然不成功——向您解释,我们当时确实有获得关于时空几何经验证据的好主意。 这些与使用伽马射线暴和其他高能天体物理学来发现或,如果失败,限制普朗克尺度上洛伦兹对称性的破坏有关。 这当时——现在也是——被认为是获得关于QG[量子引力]证据的可能途径,因为当时有一些QG模型预测了这种破坏,并且很可能近期实验(即费米)可以证伪这些模型。事实上,过去15年中发生的事情正是如此,因为对这种破坏的实验限制被提高到普朗克区域。
鉴于这些结果,我们QG中的许多人专注于在普朗克尺度上是洛伦兹不变的模型和理论(例如某些自旋泡沫模型) 或将对称性破坏的影响抑制到至少普朗克单位能量的二阶(如某些变形对称性模型)。因此,重要的点是实验已经在排除某些量子时空模型方面发挥了重要作用。 而且这个故事还没有结束,因为我们等待新的数据——尤其是来自极高能量中微子的数据。谢谢,李
延伸阅读:
另请参阅我的免费在线书籍身心问题:科学、主体性以及我们真正的身份。