本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者观点,不一定代表《大众科学》的观点。
一场新的辩论最近兴起,争论弦理论是否 допускает 哪怕一个包含宇宙常数的严格解,正如我们在真实宇宙中观察到的那样。这场辩论源于过去几十年,在此期间,该理论的数学丰富性得到了显著提升,但与实验验证的联系非常有限。这种经历激发了一种新的理论物理学文化,即无需实验验证。
考虑到我们学术奖励体系中的评分、晋升和奖项,我们有时会忘记物理学是关于自然的学习体验,而不是展示我们智力力量的竞技场。作为经验的学生,我们应该被允许犯错并纠正我们的偏见。
阿尔伯特·爱因斯坦因开创性地使用思想实验作为揭示物理现实真相的工具而备受赞誉。但我们应该记住,他在量子力学的基本性质以及引力波和黑洞的存在问题上都犯了错误——他在职业生涯后期否定了这些,而引力波和黑洞都在2015年被LIGO观测证实,恰好在他提出广义相对论一百年后。
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鉴于这个令人警醒的历史教训,理论物理学家在庆祝猜想时应谨慎避免过早的傲慢,并接受实验“断头台”的最终裁决,以决定未经检验的推测的命运。
来自实验数据的反馈至关重要。物理学的本质是与自然的对话,而不是某些理论家宁愿相信的独白。在我每天上班的路上,我经常看到查尔斯·庞兹在1920年购买的漂亮房子,这提醒我实证验证的必要性,而几个月后,庞兹因欺诈性投资活动被捕,这些活动现在通常与他的姓氏联系在一起。
庞兹通过向投资者承诺有保证的收入而发家致富,这是一种理想的理论方案,在投资者要求兑现资金进行实验检验之前,这种方案在社会上是可以接受的。当时他们的震惊表明,在批准理论方案作为对现实的描述之前,需要对其进行检验。
类似于医生有义务宣誓希波克拉底誓言的方式,物理学家应该宣誓“伽利略誓言”,其中他们同意根据理论猜想在其一生中通过实验检验的程度来衡量物理学理论猜想的价值。
物理学的风险主要源于数学上优美的“真理”,例如弦理论,仅仅因为其优雅而被过早地接受为对现实的描述长达数十年。这种判断通常受到物理学界内部的一种社会趋势的引导,即从数学的复杂性和声望中获取养分。尽管没有任何证据表明存在超出我们在日常生活中所见的 3+1 维度的额外维度,但今天人们普遍认为,对额外维度的研究是理论物理学主流的一部分。
与此同时,许多将额外维度研究视为主流的科学家却认为搜寻地外文明(SETI)是推测性的。这种心态未能认识到,SETI 仅仅是在别处寻找我们已经知道在地球上存在的东西,并且基于四分之一的恒星都拥有围绕它们运行的潜在宜居地球大小行星的知识。
这种搜索应被认为完全在主流研究的边界之内,而额外维度的猜想应被视为高度推测性的。
将理论猜想置于实验检验的经验是令人谦卑的。如果猜想被证明是错误的,则必须对其进行调整。成为一名物理学家带来了在成年生活中保持童年好奇心的特权。没有必要假装你比实际知道的更多,如果被经验证明是错误的,你可以承认错误,就像一个试图了解世界的孩子一样。做纯粹的理论而不担心实验验证实际上剥夺了人们学习关于自然的新事物的乐趣。
识别我们知识的边界比为过去的知识感到自豪更令人兴奋。只有我们通过实验与现实本身的接触才能将我们的概念引导到新的领域。如果没有引导我们得出这种意想不到的现实概念的实验数据,即使是爱因斯坦也无法想象出量子力学。
参考文献
爱因斯坦,A.,波多尔斯基,B. & 罗森,N. “量子力学对物理现实的描述可以认为是完备的吗?”, 物理评论 47, 777 (1935).
爱因斯坦,A., & 罗森,N. “论引力波”, 富兰克林研究所杂志 223, 43(1937).
爱因斯坦,A. “论由许多引力质量组成的具有球对称性的静止系统”, 数学年刊 40, 922 (1939).