为科学的灵魂而战

这位诺贝尔奖获得者说，物理学家通常认为他们“需要哲学家和科学历史学家，就像鸟类需要鸟类学家一样”大卫·格罗斯上周在德国慕尼黑，理查德·费曼（Richard Feynman）对满屋子的哲学家、历史学家和物理学家说。

但绝望的时刻需要采取绝望的措施。

格罗斯解释说，基础物理学面临着一个问题，这个问题非常可怕，足以引起外界的关注。“我不确定我们现在是否不需要对方，”他说。

这是为期三天的研讨会的开幕式，一年后在慕尼黑路德维希·马克西米利安大学的罗马式演讲厅举行乔治·埃利斯和乔·希尔克年，坐在前排的两位白手起家的物理学家在一篇煽动性的评论文章中呼吁召开这样的会议自然一百名与会者来到了一个在物理学和科学哲学方面都有着著名传统的地方，开始了埃利斯和西尔克所宣称的“为物理学的核心和灵魂而战”

正如Ellis和Silk所说，这场危机是现代物理理论的疯狂思辨性质，他们认为这反映了对科学方法的危险背离。今天的许多理论家——其中主要是弦论和多元宇宙假说的支持者——似乎相信他们的观点，因为他们的观点很漂亮或逻辑上很有说服力，尽管不可能对其进行测试。埃利斯和西尔克指责这些理论家“移动了科学的目标”，模糊了物理学和伪科学之间的界限。Ellis和Silk写道：“科学的认可只应授予可测试的理论”，从而取消了大多数过去40年的主要理论“只有这样，我们才能保护科学免受攻击。”

他们在一定程度上是对理查德·达维德，一位奥地利哲学家，他的2013年著作弦论与科学方法发现了三种“非经验”证据，Dawid说，这些证据可以帮助建立对缺乏经验数据的科学理论的信任。达维德是慕尼黑LMU的一名研究员，他回答了埃利斯和希尔克的战斗口号，并召集了远场学者，为上周这一备受瞩目的活动提供了各方支持。

格罗斯是弦论的支持者，因其在原子粘合力方面的研究而获得2004年诺贝尔物理学奖。他在研讨会开始时宣称，问题不在于物理学家，而在于“自然事实”——这是我们四个世纪以来不可避免地要面对的一个事实。

对支配所有自然力的基本理论的不懈追求要求物理学家越来越密切地观察宇宙——例如，检查物质中的原子、这些原子中的质子和中子，以及这些质子和中子中的夸克。格罗斯说，但这种放大需要更多的能源，建造新机器的难度和成本相对于能源需求呈指数级增长。他说：“过去400年来，这并不是什么大问题，我们已经从厘米变为百万分之一到百万分之一厘米”，这是瑞士大型强子对撞机（LHC）目前的分辨率。“我们已经走得很远了，但这种能量消耗正在杀死我们。”

当我们接近探索自然基本原理能力的实际极限时，理论家的思想已经远远超出了最小的可观察距离和最大的可能能量。强有力的线索表明，宇宙真正的基本成分所处的距离尺度比LHC的分辨率小1000亿倍。这就是弦论，一个候选的“万物理论”试图描述的自然领域。但这是一个没有人知道如何访问的领域。

这个问题也阻碍了物理学家在宇宙尺度上理解宇宙的探索：没有一台望远镜能够越过我们宇宙的宇宙视界，瞥见由多元宇宙假设假设的其他宇宙。然而，现代宇宙学理论在逻辑上导致了以下可能性：我们的宇宙只是众多宇宙中的一个.

无论是理论家忘乎所以，还是大自然掩盖了它最好的秘密，结论都是一样的：理论已经脱离了实验。理论推测的对象现在离我们太远，太小，太有活力，或者在过去太远，无法用我们地球上的工具达到或排除。那么，该怎么办呢？正如Ellis和Silk所写的那样，“物理学家、哲学家和其他科学家应该为能够处理现代物理范围的科学方法制定一个新的叙述。”

格罗斯说：“下一步面临的问题不是意识形态问题，而是战略问题：做科学最有用的方式是什么？”

在三个温和的冬日里，学者们努力理解理论,确认和真理; 科学如何运作；在当今时代，哲学是否应该指导物理学研究，或者反过来。在这些紧迫而永恒的讨论过程中，形成了一定程度的共识。

游戏规则

纵观历史，科学的规则一直是草草制定的，只是为了适应不断变化的环境而进行修改。古人相信他们能够推理出科学真理。然后，在17世纪，艾萨克·牛顿打破了这种“理性主义”哲学，转而采用了“经验主义”观点，即科学知识只来源于经验观察，从而点燃了现代科学。换句话说，一个理论必须经过实验证明才能进入知识宝库。

但是，一个未经测试的理论要被视为科学，必须满足哪些要求？理论家指导科学事业的方法是想出要进行测试的想法，然后解释实验结果；是什么使理论家处于科学的范围内？

今天，大多数物理学家利用奥地利-英国哲学家卡尔·波普尔的经验法则来判断一个理论的合理性。20世纪30年代，波普尔在将阿尔伯特·爱因斯坦的作品与西格蒙德·弗洛伊德的作品进行比较时，在科学和非科学之间划清了界限。爱因斯坦的广义相对论将重力视为空间和时间的曲线，做出了危险的预测——如果不是如此成功的话，这些预测将以惨败告终，从而篡改了理论。但弗洛伊德的精神分析很狡猾：你母亲的任何错误都可能导致你的诊断。这个理论是不可证伪的，因此，波普尔认为，这不是科学。

批评者指责弦论和多元宇宙假说，以及宇宙膨胀-宇宙起源的主导理论——波普尔的分界线错了。借用哥伦比亚大学物理学家彼得·沃特（Peter Woit）2006年出版的一本关于弦论的书的书名，评论家们说，这些观点“甚至都没有错”。埃利斯和希尔克在他们的社论中引用了波普尔的精神：“理论必须是可证伪的，才能是科学的。”

但是，正如慕尼黑的许多人惊讶地获悉的那样，证伪主义不再是占统治地位的科学哲学。马西莫·匹格里奇纽约城市大学研究生中心的哲学家指出，正如波普尔自己所认识到的那样，可证伪性作为科学和非科学的分隔符是远远不够的。例如，占星术是可证伪的——事实上，它已经被证伪了令人作呕的-但这不是科学。Pigliucci说，物理学家对波普尔的关注“确实需要停止”。“我们需要谈论当前的科学哲学。我们不谈论50年前的东西。”

如今，正如研讨会上的几位哲学家所说，波佩里的证伪主义已经被贝叶斯确认理论（Bayesian confirmation theory）或贝叶斯主义（Bayessian ism）所取代，这是一种基于18世纪英国统计学家兼部长托马斯·贝叶斯（Thomas Bayes）概率论的现代框架。贝叶斯主义允许这样一个事实，即现代科学理论通常提出的主张远远超出了可以直接观察到的东西——从来没有人见过原子——因此，今天的理论通常抵制一种伪造的、未经证实的二分法。相反，对一个理论的信任往往是沿着一个连续体下降的，随着新信息的出现，在0到100%之间上下滑动。“贝叶斯框架比波普尔的理论灵活得多”斯蒂芬·哈特曼他是LMU的贝叶斯哲学家。“它还与推理心理学紧密相连。”

格罗斯表示赞同，他说，在从达维德的书中学习到贝叶斯确认理论后，他觉得“有点像莫里哀这个角色，他说：‘天哪，我这辈子一直在讲散文！’”

哈特曼说，贝叶斯主义的另一个优点是，它使像达维德这样的哲学家能够弄清楚“这种非经验证据是如何融入或能够融入的”

另一种证据

道伊德现年49岁，性格温和，笑脸盈盈，棕色头发蓬松，开始了他的理论物理学家生涯。20世纪90年代末，在弦理论研究中心加州大学伯克利分校（University of California，Berkeley）任职期间，Dawid着迷于许多弦理论学家的自信，他们似乎走在了正确的轨道上，尽管弦理论完全缺乏实证支持。“他们为什么相信这个理论？”他回忆道，“他们对这个理论的思考方式是否与规范理解不同？”

弦论说，基本粒子在近距离观察时具有维度，在自然界最高缩放级别上表现为摆动的环（或“弦”）和膜。根据这个理论，额外的维度也会在空间本身的结构中体现出来。弦在这个高维空间中的不同振动模式产生了组成可观测世界的粒子光谱。特别是，其中一个振动模式符合“引力子”的轮廓，即与重力相关的假想粒子。因此，弦论统一重力现在被爱因斯坦的广义相对论和其他粒子物理学所描述。

然而，起源于20世纪60年代末发展起来的思想的弦论并没有对可观测宇宙做出可检验的预测。为了理解为什么这么多研究人员相信这一点，Dawid报名参加了一些科学哲学课程，在发现对这一现象的研究很少时，他改变了研究领域。

在21世纪初，他确定了三个非经验论据，这些论据在弦理论的支持者中产生了信任。首先，似乎只有一个版本的弦论能够以一致的方式实现统一（尽管它有许多不同的数学表示）；此外，尽管付出了巨大努力，但还没有找到其他能够统一所有基本力量的“万物理论”。（另一种称为圈量子引力的方法描述了量子尺度上的引力，但并没有试图将其与其他力统一起来。）这个“无替代”论点，俗称“弦论是城里唯一的游戏，“增强了理论家们的信心，即四种基本力几乎不存在其他可能的统一，这使得弦理论更有可能是正确的方法。

第二，弦论起源于标准模型（Standard Model），标准模型是一种公认的、经验性验证的理论，将所有已知的基本粒子和力（除重力外）纳入一个单一的数学结构中，而标准模型在其形成时期也没有其他选择。Dawid称之为“元诱导”论点，它通过证明它以前在类似的情况下也曾起过作用来支持非替代性论点，从而抵消了物理学家根本不够聪明，无法找到现有替代性论点的可能性。

第三个非经验主义论点是，弦理论除了要解决的统一问题外，还意外地解释了其他几个理论问题。坚定的弦论家钦斯基年，加州大学圣巴巴拉分校（University of California，Santa Barbara一篇论文他不在时在慕尼黑读书。例如，弦论解释了黑洞的熵，在过去15年里，一个令人惊讶的发现引起了研究的激增，它是数学上可转化为粒子理论例如描述原子核的理论。

Polchinski的结论是，考虑到我们离大自然基本距离尺度的极其精细的颗粒有多远，我们应该算自己幸运：“弦论存在，我们已经发现了它。”（Polchinski还利用Dawid的非经验论据计算了多重宇宙存在的贝叶斯概率为94%，这个值被嘲笑了互联网的直言不讳的多元宇宙评论家

Dawid在演讲中承认，在贝叶斯确认理论中纳入非经验论证的一个担忧是“它为放弃所有科学原则打开了闸门。”当人们支持一个宠爱的想法时，可以想出各种非经验美德。Dawid说：“很明显，风险是存在的，人们必须小心这种推理。”。“但是，承认非经验确认是科学的一部分，并且已经成为科学的一个部分有一段时间了，这为进行讨论提供了更好的基础，而不是假装它不存在，只是含蓄地使用它，然后说我还没有做过。一旦公开，人们可以在特定的背景下讨论这些论点的利弊。”

慕尼黑辩论

除了有时是这样。理性主义引导爱因斯坦走向他的相对论，在相对论被测试之前，他在理性的基础上全心全意地相信了相对论。爱因斯坦在1933年说：“我认为纯粹的思想可以把握现实，就像古人所梦想的那样。”几年前，爱因斯坦的理论已经被围绕太阳弯曲的星光观测所证实。

哲学家们的问题是：如果没有实验，有没有办法区分涡旋理论和爱因斯坦理论的非经验优点？我们真的可以基于非经验的理由相信一个理论吗？

在研讨会的第三个下午的讨论中，伦敦大学的哲学家拉丁·达达什蒂（Radin Dardashti）断言，达维德的哲学特别旨在确定哪些非经验论据应该具有影响力，从而让科学家“做出一种不基于简单、不基于美的评估”Daudashti解释道，Dawidian评估的目的是比这些指标更客观，更能揭示一种理论的真正前景。

格罗斯说，达维德“完美地描述了”物理学家“为获得对推测、新想法和新理论的信心而使用的策略。”

“你的意思是相信这是真的吗？”彼得·阿钦斯坦他是约翰霍普金斯大学80岁的哲学家和科学历史学家。“相信它有用？？相信……”

格罗斯说：“让我们给信心下一个可操作的定义：我将继续努力。”。

“这相当低，”阿奇恩斯坦说。

“不是为了科学，”格罗斯说。“这是一个重要的问题。”

Kragh指出，即使波普尔也看到了激励当今弦论学家的那种思考的价值。波普尔将无法产生可测试预测的推测称为“形而上学”，但他认为这种活动是值得的，因为它可能在未来成为可测试的。原子理论也是如此，许多19世纪的物理学家担心这一理论永远不会得到实证证实。“波普尔不是一个天真的波佩里安人，”克莱说。“如果一个理论是不可证伪的，”克莱说，引导波普尔，“那就不应该放弃。我们必须等待。”

但一些研讨会参与者对贝叶斯确认理论，尤其是Dawid的非经验论点提出了疑虑。

卡洛·罗威利位于法国艾克斯马赛大学的环量子引力（弦理论的竞争对手）的支持者反对说，贝叶斯确认理论不允许科学中存在科学家确信的理论和仍在测试的理论之间的重要区别。贝叶斯对原子存在的“确认”基本上是100%，这是无数实验的结果。但是罗维利说，原子理论的确认程度甚至不应该用与弦论相同的单位来衡量。比如说，弦理论并不像原子理论那样被证实了10%；两者的状态完全不同。Rovelli说：“Dawid的‘非经验证实’的问题在于它混淆了这一点。”。“当然，一些弦论学家很高兴能这样混淆视听，因为他们可以说弦论是‘确定的’，模棱两可。”

德国物理学家萨宾·霍森菲尔德在她的演讲中，她认为基础物理学的进步往往来自于放弃珍视的偏见（比如，也许，自然力必须统一的假设）。罗维利回应了这一点，他说：“达维德的非经验证实的想法阻碍了这种进步的可能性，因为它将我们的信任建立在我们之前的信任之上。”他继续说道：“它“夺走了科学思考的一种工具，也许是灵魂本身。”，“那就是‘不要相信自己的想法’。”

慕尼黑会议记录将于2017年编辑出版，可能会作为一本书出版。根据埃利斯的说法，关于所取得的成就，一个重要的结果是参与的弦论学家承认，该理论在被验证的意义上并没有得到“证实”。埃利斯在一封电子邮件中写道：“大卫·格罗斯（David Gross）明确表明了自己的立场：达维德（Dawid）的标准有助于证明理论的合理性，而不是说理论是以非经验的方式得到验证的。”。“在我看来，这是一个很好的立场，并明确表示这是进步。”

在考虑理论家应该如何进行时，许多与会者表示，弦理论和其他非稳定思想的研究应该继续下去。“继续猜测，”阿奇斯坦在研讨会结束后的一封电子邮件中写道，但“给出你的猜测动机，给出你的解释，但承认它们只是可能的解释。”

阿奇斯坦补充道：“也许有一天，事情会发生变化，这些推测会变得可测试；也许不会，也许永远不会。”“我们可能永远无法确定宇宙在所有距离和时间的运行方式，”但也许你可以将活存的可能性缩小到少数，”他说。“我认为这将取得一些进展。”

这篇文章转载于大西洋网.