弦理論科學嗎?物理學家和宇宙學家在十年前已經就這個問題開始争論了。現在正在尋求哲學家的幫助。
本月初,一些長期争鬥的物理學家與科學哲學家在一個特别的研讨會見面,目的是解決理論物理的分支已經從實驗科學的現實中分離出來這一指控。利益攸關的是科學方法的完整性、在普通公衆中科學的聲望。研讨會的組織者說。
12月7-9日,這個研讨會在德國慕尼黑大學舉行。召開的緣由是一篇一年前,由南非開普敦大學的宇宙學家喬治·艾黎士,和巴爾的摩馬裡蘭州約翰霍普金斯大學的天文學家約瑟夫·西克爾,發表在Naturea的文章引起的,他們在文中感歎理論物理學“令人擔憂的轉變”。
“在應用基礎理論去觀察宇宙時所面臨的困難”,他們寫到,一些科學家争論說“如果一個理論足夠簡潔和一目了然,它就不需要通過實驗測試”。
首先讨論的話題是可測性。一個科學理論如果被認為有效的,科學家們通常要求有一個實驗,能在在原則上排除這個理論--或者證明是“虛假”的。科學哲學大師卡爾·波普爾在20世紀30年代提出這點。在文章中,艾黎士和西克爾指出,在某些方面,一些理論物理學家已經偏離這個指導原則--甚至主張要放松限制。
這二人組引用弦理論為主要的例子。這個理論用極小的弦代替基本粒子,來調和描述重力和量子這兩個明顯不相容的理論。弦實在太小了,以緻用今天的技術察覺不出來--但有些人主張,弦理論是值得用于追求實驗是否能夠估算出它的影響,皆因它看起來是解決許多困惑的正确方法。
艾黎士和西克爾也引出另一個看起來已經被放棄的“波普爾主義”:多重宇宙的概念是宇宙大爆炸産生了很多宇宙---大多數與本身的那個有着本質上的不同。
但在研讨會的公開讨論中,加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校的理論物理學家大衛·格羅斯,描繪了兩個理論的區别。他把弦理論歸類為”在原則上“可測試的和如此完美的科學,因為弦具有潛在的可測性。
他說,那些令人不安的概念,例如多重宇宙,我們假設其他宇宙是不能被我們自己觀察到的,就算在原則上也不行。”隻是因為弦理論目前的不可測性而認為其不科學,是件荒誕的事。”在2014年因為強核力獲得諾貝爾獎和在弦理論做出重要貢獻的格羅斯說。
出席這次研讨會的卡洛·洛華利,是法國艾克斯馬賽大學的理論物理學家。他同意弦理論目前的不可測性,不意味着理論學家不值得花時間來研究的觀點。但艾黎士和西克爾的主要目标,是來自慕尼黑大學的哲學家理查德·戴維在《弦理論和科學方法》一書中的觀測結果。他寫到,弦理論家已經開始用貝葉斯統計的方法,在先前的知識基礎上估算某一确定預測成真的可能性,以後接受更多知識後再進行修正這個估算。但是,戴維提到,物理學家已經開始使用例如理論的内部一緻性或者缺乏可靠的替代性等純理論要素,來更新估算,而不是根據實際數據來修正。
動态的讨論
在研讨會上,已經建議了弦理論可取代性的缺失,導緻它看起來更有可能是正确的格羅斯和已經研究多年另一種圈量子引力的羅維利争論。羅維利斷然反對沒有可行選擇的假設。艾利斯同時反對理論要素能夠增加勝算的觀點。“我對貝葉斯主義的反應是:新的證據必須是實驗證據”,他說。
其他人圍繞着用貝葉斯統計去支持弦理論進行了不相幹的話題。斯德哥爾摩北歐理論物理研究所的物理學家薩賓·霍森菲爾德,說理論的流行性,歸功于它給人的形象是鎮上唯一的遊戲。但弦理論很可能會因為社會原因獲得研究動力。她舉例說,年輕的研究人員因為工作的前途比更不為人知的領域要好些,可能會轉向研究它。
自丹麥奧胡斯大學的科學史家赫爾奇·克勞,從曆史的角度發表了意見。“我們需要“新的科學方法”的建議在以前就提出過,但是用其他的标準來代替經驗的可測性總是失敗了”,他說。但是,至少這個問題隻是限制在物理的很少地方,他補充道。“弦理論和宇宙多重論隻是大多數物理學家所涉及到的非常小的部分。”
強調需要清晰區别已經用實驗建立好的理論和那些推測出的理論的羅維利,并沒有獲得什麼安慰。“當人們在街上攔住你,并問你,“你知道這個世界是由弦組成的嗎?有平行世界嗎?”這是非常糟糕的事。”
在研讨會的結尾,那些不和的物理學家看起來并沒有離達成一緻更近。戴維--和西克爾、艾黎士,還有其他人一起組織了這個會議--說他沒有指望人們可以從根本上改變他們的立場。但是,他希望通過曝光其他的推理可以“帶來輕微的和解”。艾黎士提議一個更加親臨其境的方式,例如為期兩周的暑期班,可能會更容易達成一緻。
有話要說...