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科学被认为是基于事实和理论的,但物理学呢?

2021-09-18  老胡说科学
科学被认为是基于事实和理论的,但物理学呢?
科学是经验性的 。经验的东西意味着它主要处理的是事实、数据和现象,可以通过人类的感官或仪器轻易地观察到。典型的科学实验方法从根本上说都是经验性的,因为事情的发生是被观察到的。
不过,实验并不总是科学的一部分。在人类历史的大部分时间里,实验根本不是弄清世界如何运作的最有效途径。像托马斯-霍布斯这样的17世纪伟大而博学的人坚定地反对实验,因为他们认为实验的控制性太强,太人工化,无法真正了解事物的本质。工匠的人工制品,如罗伯特-波义耳的机械气泵,根本不值得信任。
相反,这些亚里士多德主义者会通过观察自然发生的事件来做科学,并尽力用抽象的理性来解释这些现象。
然而,自1660年代左右起,实验在科学中发挥了越来越大的作用,这被称为 "科学革命",但并不是毫无争议的。如今,实验是每个中学生科学教育的关键部分,不能没有它们,它们是界定和区分科学学科与人文和艺术学科的关键所在。
弦理论认为,物质是由在尽可能小的长度尺度上以不同方式振动的弦组成的。

现代物理学和弦理论

现在,现代物理学可以说是第一个突破了这一长期的实验学科。理论物理学中的某些领域,如弦理论是目前非常流行和成功的范例,但却没有任何一个实验。
弦理论家从来没有做过实验,他们也没有提出一个可能进行的实验。弦理论中从未出现过任何有用的东西。与此同时,量子力学正在涌现出诸如量子计算机等技术。
当然,你可能会说,弦理论太新,太前沿,没有什么实验意义。但是,弦理论可以追溯到20世纪60年代末,它已经有50多年的历史了。到了20世纪70年代的某个时候,已经有成千上万的实验验证了量子理论的预言。那么,我们就不能用弦理论的“年轻”来解释没有任何重要的实践或经验结果了。
弦理论确实有一些有利于它的论据,虽然它不是经验性的。理查德-达维德(Richard Dawid)是一位由物理学家转行的哲学家,他认为既然弦理论没有可行的竞争者,我们应该采取 "观望 "的态度,然后再把它排除在非经验性之外。
首先,弦理论具有连贯性和内部一致性。当然,连贯性和一致性并不意味着某件事情是真实的,但如果某件事情是真实的,它肯定必须是连贯和一致的。
除此之外,弦理论是第一个不包含 "自由参数 "的主要物理理论。物理学中的自由参数实际上是一个常数,它被插入方程中的某个地方,以使数字相匹配。这些常数只能通过实验来计算。例如,万有引力方程(F = GMm/r²)包含引力常数G,在它被实际经验测量之前是完全不受约束的。
这样的常数随处可见:宇宙学常数(空间的能量密度)、哈勃常数(宇宙从一个点向外膨胀的速度)、玻尔兹曼常数(气体的能量含量与其测量的温度有关),以及其他无数的常数。这些常数的出现可能是因为它们是 "自然的",或者仅仅是因为人择原理。
然而,弦理论没有不受约束的参数。总之,在理论上是这样的。达维德认为,弦理论因此可能是最终的理论,没有任何东西可以取代它,因为弦理论对宇宙的描述非常优美,在最小的长度尺度上都能发挥作用。
所有这些对弦理论的支持并没有减弱弦理论没有经验基础这一核心问题。问题是:这重要吗?

后经验主义科学

如果卡尔-波普尔爵士的哲学可以作为参考的话,那么它丝毫没有道理。波普尔断然否定科学中的任何验证或证明,并说科学只能由可以被证伪的理论组成。任何不能被证伪的东西都属于伪科学,或形而上学。波普尔把精神分析和马克思主义都归入这一类,因为它们作为理论都太灵活和可塑性强了,而且都能以这样一种方式来容纳它们所呈现的任何事实,以至于没有什么能证明这些理论是错的。
后事实,还是前事实?
不管批评家怎么说,弦理论已经发生了,正在发生,并可能在未来很长一段时间内继续发生。我想起了20世纪初美国专利局局长查尔斯-荷兰-杜尔(Charles Holland Duell)的那句名言。
一切可以发明的东西都已经被发明了。
杜尔的天真在当时肯定是错误的。并不是说每一个可以解释一切的理论都已经被理论化了,也不是说所有需要解释的东西都已经被记录下来了。
另一方面,批评家不可能知道弦理论最终不会提出预测和使用。其他一些批评后经验物理学的人指出,弦理论可能会得到超对称粒子的经验证据的支持,尽管不确定我们目前的粒子对撞机是否真的能够探测到必要的能量来做到这一点。尽管如此,这至少是弦理论可能要接受的一个前瞻性测试。
物理学,尤其是弦理论,是后事实吗?我们是否已经过了需要实证支持的阶段,而弦理论却被其内在优点所证明?或者,相反,弦理论是前事实?我们是否只是没有进展到可以收集相关事实来支持或证伪弦理论预测的地步?
不管是哪种情况,这都不重要。弦理论的势头是这样的,以至于需要一个巨大的范式转变来转移该领域目前所吸引的大量研究工作。无论弦理论是严谨的科学、猜想的神学,还是纯粹的、没有基础的数学,对于弦理论是否会被完成,都没有丝毫关系。



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