最近紫荆棘鸟的几篇侃物理系列,
闲侃 (1) (physics & related)
闲侃 (2) (physics & related)
闲侃 (3):为什么空间是三维的
觉得挺有意思。俺的这一篇,算是对这个系列的综合性瞎评。
认同紫鸟的这句:【超弦之所以用到 10 or 10+ dimensional 的时空,原因之一就是数学技巧上的简便:增加维是将看上去不好扯上关系的两个东西(例如引力和电磁力)最常用的方法之一。额外的空间维数必须坍缩到 min 的普朗克尺度是因为超弦理论必须描述咱们这个现实世界。】
很多单一的物理现象,都可以表达为一个或一组简洁无比的微分方程。这自然会让人们,包括恩格斯,想到,自然规律应当是及其美妙,简洁的和对称的。统一场论的努力,正是基于这样的想法。但是,在没有理解物理本质之前,想要把几个物理上毫无关联的力捏在一起,除了在数学模型上增加维数,或者叫数学试凑,好像没有别的办法。以标准模型为例,虽然想法很不错,但不幸的是,它的表达不仅不简洁,而且已经繁杂到了丑陋的地步。
其实紫鸟的这个话题所引出的一个更为关键的问题是,像这样的”数学试凑法“ ,是否符合当代科学的原则? 更进一步,这样的东西是不是伪科学 ?
对这个问题讨论的比较深刻的要算是波普尔了。波普尔注意到,科学中的“证实”和“证伪"原则,其实正在变得越来越模糊。如果严格地按照这样原则来衡量,那么很多“科学”都是不可接受的。以数学为例,不可否认它本身是一门科学。但是它里面的很多抽象分支,就不像能经典几何公理那样,是可以被证实或证伪的。因此,科学的四个步骤(观测,提出假设,重复实验,理论),严格地说,只能限于物理领域。如果进一步把“科学”的范围扩大到社会科学,那么实证证伪原则就更加不可能了。很多时候,证伪原则比证实原则实施起来更为困难。因为证实原则是基于假设推理(hypothetical reasoning),其实是一种接纳性推理(inductive reasoning)。数学上的玄理论,标准模型等较容易通过这一检验,只要调整参数,使之符合观测即可。只要模型包括足够多的参数,这一点几乎总是可以做到的。问题是来自证伪,因为它是基于排除推理(deductive reasoning)。有些当代物理学的理论,尤其是那些从数学到数学的理论,只要找不到反例,你就永远拿它没办法。基于数学的玄论和标准模型的诡异之处也正在这里。虽然说科学上完全容许这样做,但是给这些东西画上一个大问号是也是绝对必须的。按照波普尔的观点,只要方法上通过了伪科学检验,您就可以排队等待实证的检验了,即便这个排期可能是无限长的。
历史上,试凑法的一个最好的例子要算托罗密的地心说“理论”了。地心说认为,宇宙中所有的天体都是在围绕着地球的某个圆周轨道做圆周运动。但是观测表明,有几颗怪星(其实是太阳系的几个行星)的行为与其他的天体的运动行为有所不同。看上去好像比其他天体有时走的慢些,有时走的快些。为了解释这一现象,托罗密认为这几颗怪星除了绕地球旋转之外,还绕在某个点做小范围旋转(相当于今天从太阳上看月亮)。别说,经过调整参数,托罗密竟然可以很准确地预测那几颗怪星的未来出没!
科学“理论”,从最理想境界到最不尽人意的境界之间,有一个很大的范围。按照科学实证主义原则,绝对意义上的客观的真理基本上是不存在的,或者即便存在,也必然是像三维世界以外的世界那样,可能物理上是永不可及的。从这个意义上讲,即便是某一门科学理论达到了“最理想境界”,也只不过是表明了这门理论在过去一段很长的时间里不断被证实,而又从来没有被证伪而已, 其‘正确性’也是相对的。因此,科学实证主义更倾向于实用主义,认为追求绝对意义上的客观真理,在时间轴上是一个永无止境的过程。波普尔更干脆,他提出了一个区别科学和伪科学的简洁原则:死气白咧地声称自己是绝对正确的,并且不容许质疑的,就是伪科学。按照波普尔的原则,中医就是伪科学的一个完美例子。
随着量子力学的进展,基于欧洲大陆哲学思想的一个变种,哥本哈根学派变得日益强大起来。他们把经验主义推到了另一个极端。其中一个著名名言就是“闭嘴,算算看!”其实这种说法挺傲慢,挺屌性的。如果这句话换成“闭嘴,做实验”,俺就会觉得舒服的多。这是因为在物理学领域,无论科学的定义和范围如何被扩大,基于经典经验主义的,以观测和实证作为最终真理检验的这一目标也不能完全放弃。从计算到计算,或对从模型到模型的思考方法喜欢的死去活来,同这个目标不符。但是,现在科学的定义已经放宽了许多,只要纳税人肯出钱,您就尽管放心大胆地地臆测和胡思乱想。只要有专家的青睐,您就能发表,就有饭吃。
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