達(dá)維德·卡斯泰爾韋奇+田也

弦理論是科學(xué)嗎？10年來(lái)，圍繞這一問(wèn)題，物理學(xué)家和宇宙學(xué)家一直在辯論。現(xiàn)在，人們將目光轉(zhuǎn)向哲學(xué)以尋求幫助。

2015年12月7日至9日，在由慕尼黑數(shù)學(xué)哲學(xué)中心和阿諾德·索末菲理論物理中心組織的一次旨在指責(zé)理論物理學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)背離實(shí)驗(yàn)科學(xué)的特殊會(huì)議上，一些長(zhǎng)期對(duì)哲學(xué)不滿的物理學(xué)家與哲學(xué)家碰面了。組織者稱，會(huì)議的中心議題是科學(xué)方法的整體性以及科學(xué)在公眾中的聲譽(yù)。

會(huì)議是在德國(guó)慕尼黑路德維希馬克西米利安慕尼黑大學(xué)召開(kāi)的。此次研討會(huì)召開(kāi)的直接起因是 2014年《自然》上刊登的一篇文章。在這篇文章中，南非開(kāi)普敦大學(xué)的宇宙學(xué)家喬治· 埃利斯和約翰· 霍普金斯大學(xué)的天文學(xué)家約瑟夫· 西爾克哀嘆理論物理中出現(xiàn)了一個(gè)“令人擔(dān)憂的轉(zhuǎn)向”。

“在將基礎(chǔ)理論應(yīng)用到已觀測(cè)宇宙時(shí)遇到的困難面前，”他們寫(xiě)道，“一些科學(xué)家認(rèn)為，如果一個(gè)理論很美妙而且經(jīng)得住解釋，就不需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證?！?/p>

文章討論的第一個(gè)問(wèn)題是可實(shí)驗(yàn)性。正如科學(xué)哲學(xué)家卡爾·波普爾20世紀(jì)30年代提出的那樣，對(duì)一個(gè)即將被認(rèn)定為正確的科學(xué)理論，科學(xué)家必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)該理論進(jìn)行證偽。埃利斯和西爾克在文章中指出，在某些領(lǐng)域，一些理論物理學(xué)家已經(jīng)偏離了這個(gè)指導(dǎo)性原則，甚至公然辯稱理論物理不應(yīng)該受制于該原則。

兩人將弦理論作為例子進(jìn)行討論。該理論用無(wú)窮小的細(xì)弦替換基本粒子，來(lái)調(diào)和那些描述引力和量子世界的理論之間的矛盾。弦太過(guò)微小，無(wú)法使用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)其進(jìn)行探測(cè)。然而，一些人爭(zhēng)辯說(shuō)，無(wú)論實(shí)驗(yàn)?zāi)芊駥?duì)其結(jié)果進(jìn)行測(cè)量，弦理論都是一個(gè)值得追求的理論。原因很簡(jiǎn)單：它似乎是解開(kāi)諸多疑惑的“良藥”。

此外，西爾克和埃利斯還引用了另一個(gè)似乎已拋棄“波普爾主義”的理論：多重宇宙理論。多重宇宙理論認(rèn)為，大爆炸產(chǎn)生了多個(gè)宇宙，其中大多數(shù)與我們的宇宙完全不同。

但在研討會(huì)開(kāi)幕式的講話中，加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校的理論物理學(xué)家大衛(wèi)· 格羅斯對(duì)這兩種理論進(jìn)行了區(qū)分。他認(rèn)為，弦在原則上是可被測(cè)試的，因此弦理論當(dāng)然是完美的科學(xué)理論。而多重宇宙的概念就棘手多了，因?yàn)閺奈覀兊挠钪娓居^察不到它假設(shè)的宇宙，甚至在理論上也不可能觀察到?！皟H憑當(dāng)前無(wú)法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)就認(rèn)定（弦理論）不是科學(xué)實(shí)在荒謬至極?！备窳_斯說(shuō)。他因在強(qiáng)核力方面的研究獲得了2004年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，而且對(duì)弦理論做出了突出貢獻(xiàn)。

參會(huì)者卡羅爾·羅維里是法國(guó)艾克斯- 馬賽大學(xué)的一位理論物理學(xué)家。他認(rèn)為，目前雖然尚無(wú)法對(duì)弦理論進(jìn)行檢驗(yàn)，但并不代表它不值得理論物理學(xué)家為之付出努力和時(shí)間。埃利斯和西爾克的矛頭直指路德維希馬克西米利安慕尼黑大學(xué)的理查德·戴維所寫(xiě)的《弦理論與科學(xué)方法》（劍橋大學(xué)出版社，2013年）中的觀點(diǎn)。戴維在書(shū)中寫(xiě)到，弦理論家已經(jīng)開(kāi)始遵循貝葉斯統(tǒng)計(jì)原則，即在先驗(yàn)信息的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)某一假設(shè)正確的可能性，然后隨著必要信息的不斷增多對(duì)預(yù)測(cè)進(jìn)行修正。然而，戴維發(fā)現(xiàn)，物理學(xué)家已經(jīng)開(kāi)始傾向于使用純理論因子，比如通過(guò)理論的內(nèi)部一致性或在沒(méi)有可替代方案的情況下對(duì)預(yù)測(cè)進(jìn)行修正，而嚴(yán)肅的做法應(yīng)該是基于實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)進(jìn)行修正。

在這次會(huì)議上，格羅斯與羅維里產(chǎn)生了激烈的爭(zhēng)吵。前者認(rèn)為，正是因?yàn)槿狈μ娲桨覆攀瓜依碚撜_的可能性更大；后者多年來(lái)致力圈量子引力的研究，斷然否認(rèn)沒(méi)有可行的替代方案的說(shuō)法。與此同時(shí)，埃利斯拒絕承認(rèn)理論因子可以提高理論的可靠性。他說(shuō)：“我對(duì)貝葉斯主義的回答是：新的證據(jù)必須是實(shí)驗(yàn)證據(jù)?！?/p>

其他人圍繞貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)弦理論的作用展開(kāi)了獨(dú)立討論。斯德哥爾摩北歐理論物理研究所的物理學(xué)家薩賓·赫森費(fèi)爾德?tīng)栒J(rèn)為，弦理論的普及可能加深了一種印象，即認(rèn)為它是物理學(xué)的唯一選擇。但是弦理論的普及也可能得益于社會(huì)學(xué)因素，她舉了一個(gè)例子：很多年輕學(xué)者已經(jīng)將自己的研究方向轉(zhuǎn)到弦理論，因?yàn)閺墓ぷ髑熬皝?lái)看，在這一領(lǐng)域搞研究顯然要比在那些鮮為人知的領(lǐng)域搞研究有前途得多。

約瑟夫·西爾克

科學(xué)史學(xué)家、丹麥奧胡斯大學(xué)的赫爾奇·克勞從歷史角度表達(dá)了自己的觀點(diǎn)。他說(shuō)：“以前也曾提出過(guò)多個(gè)‘新科學(xué)方法的建議，但是用其他標(biāo)準(zhǔn)來(lái)替代經(jīng)驗(yàn)檢驗(yàn)法的嘗試總是以失敗告終?！彼€補(bǔ)充說(shuō)：“至少這個(gè)問(wèn)題在某些物理學(xué)領(lǐng)域就是如此，弦理論和多重宇宙理論只不過(guò)是多數(shù)物理學(xué)家研究的一個(gè)小領(lǐng)域而已。”

這種安慰對(duì)羅維里來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，他堅(jiān)持認(rèn)為應(yīng)該明確劃分已被實(shí)驗(yàn)證實(shí)的理論和尚在檢驗(yàn)中的理論。他說(shuō)：“當(dāng)你走在街上，忽然有人攔住你說(shuō)，‘你不知道世界是由弦構(gòu)成的，而且存在平行宇宙嗎？這種感覺(jué)非常糟糕?！?/p>

會(huì)議結(jié)束時(shí)，物理學(xué)家的觀點(diǎn)似乎并沒(méi)有達(dá)成一致。與西爾克、埃利斯共同組織會(huì)議的戴維說(shuō)，他并不希望人們能從根本上改變自己的立場(chǎng)，而是希望通過(guò)接觸不同領(lǐng)域，能讓彼此“稍微緩和一點(diǎn)”。埃利斯認(rèn)為，更有效的形式，比如為期兩周的暑期學(xué)校，或許更有利于達(dá)成共識(shí)。