哪些科学观点必须去死
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22 “自然性”观点

彼得·沃伊特(Peter Woit)

美国哥伦比亚大学数学物理学家,曾著有《甚至没有错:弦理论的失败及物理定律统一的探索》(Not Even Wrong:The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law)。


任何目前正在思考基本物理学的人,对本书的Edge年度问题都会有一个明显的答案:弦理论。弦在10个由空间和时间组成的维度内,以不同的运动来组成基本实体,从而可以将物理学统一起来。上述观点诞生于1974年,并且成为从1984年以来统一理论的主导范式。经过40年的研究,基于成千上万的论文,我们最终了解到弦理论其实空而无物。你可以通过适当的选择,使10个维度中的6个遁形,然后你就可以得到任何物理学上想要的信息。它貌似可以预测一切,但实际上什么都预测不到。

尽管如此,弦理论统一思想的支持者拒绝承认它有什么问题,经常搬出普朗克来大肆宣讲,说普朗克观察到随着科学家的年龄变老会发生一些变化,这些老去的科学家往往会死抱住早该丢弃的想法不放,还认死理。最近经常听到这种说法:与其放弃一个失败的想法,还不如放弃那些阻碍科学进步的传统观念。根据弦理论家的观点,我们偏居在多重宇宙里的一个不起眼的角落,这里充斥着“随心所欲的事件”,而这些“随心所欲的事件”正好与弦理论不谋而合,所以大家都认为基础物理已经功德圆满,万事大吉。

拿“弦理论”作为本书Edge年度问题的答案真是过于简单了。其实弦理论统一的观点已经保持将死的状态很长时间了,但它始终只是一个大圈子的一部分,这个圈子里包含了很多同一时期现已失败的观点。其中包括在所谓的“大统一”方案中设想了新的力和粒子,引入了新的“超对称性”,将已知的力和粒子通过看不见的“超伴子”联系起来。除了希格斯玻色子以外,许多理论家曾预测过超伴子的存在,只是还没有被大型强子对撞机发现。

1974年前后,不只出现了“弦理论”、“大统一”和“超对称性”,还出现了一个“自然性”的观点。这个观点的内容是标准模型作为一个最好的粒子物理模型,只是一个“有效的理论”、一个近似值,仅在视距内是合理的。后来美国物理学家肯尼斯·威尔逊(Kenneth Wilson)教导我们如何使用“重正化群”,它不仅可以用来推断某一理论在非视距里的表现,而且还可以反过来,为在超短距离下的基本理论奠定基础。从技术上说,所谓自然的理论描述的是我们的所见在短距离内所发生事件的细节。所以,在诞生于1974年的时代思维图景中就出现了“自然性”理论:复杂的新的物理现象,包括无法通过观察得到的弦和超伴子,都可以先被设定在短距离范畴内,然后再用“自然性”理论邀其出来相见。在这个图景中,技术上的“自然性”确保我们屏蔽复杂性,而这种大的复杂性恰恰是由无法观测到的、小的弦或者超伴子引起的。

威尔逊最早指出,标准模型大多数是“自然的”,但并不完全如此,这应归于希格斯玻色子的作用。起初他认为,这意味着我们应该在大型强子对撞机里看到些别的东西,而不是希格斯玻色子。超伴子的拥护者则认为,这样的“别的”粒子应该和希格斯玻色子的能量相同,因为如果这样的话,它们可以被用来抵消“不自然性”。不过早在大型强子对撞机运作之前,威尔逊就已经自认失误,收回了这个观点,信誓旦旦地说没有理由不去面对一个“不自然”的希格斯玻色子。在超短距离内,希格斯玻色子的行为对其内部细节敏感,似乎并不是一个很好的论据,因为我们根本不知道在这样的距离内发生了什么。

最终在大型强子对撞机上发现的是希格斯玻色子,而不是超伴子,这在理论界引起轩然大波。如果根据在教科书中已经存在40年的理论来看,这一切都很不可思议。越来越多的论据冒出来支持多重宇宙的观点。“人择”观点认为,不管在多重宇宙的其他“泡泡”宇宙中短距内的事物怎样发展,我们在自己的世界中只能看到“不自然的”简单现象。因为如果不是这样,我们的世界也就不存在了。这种推断有异军突起之势。这表明自然性观点,加上弦、超伴子带来的周而复始的复杂性,早该被淘汰啦!