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2009-01-24 00:00:00 新浪博客 胡海
The Trouble with Physics - The Rise of String Theory, the Fall
of a science, and Waht Comes Next, by Lee Smolin
小时候很喜欢看一些科普方面的书，相对论、量子论，时间倒流，薛定谔的猫，虽然并没真正搞明白，但很是让人着迷。中学毕业后，这方面的书看得少了，但是从大众媒体、科幻电影里，对于所谓弦理论、多维世界、多宇宙等等概念，还是经常听闻。而在读了本书之后，我才知道，原来在很多时候被称为将能最终结合相对论和量子论的弦理论，实际上，在理论上还有很多未解决的问题，在实践上还没有任何可供观察的实验证据。
所谓的“多维空间”、“超级对称”等等，都是数学家为了使自己的公式能够成立而想像出来的。可是为什么我们在现实世界里只观察到空间加时间的四维时空呢？于是数学家又想像出“空间折叠”，声称那些额外的维度“折叠”起来了，所以我们观察不到。可如果把这些维度“折叠”起来的话，就会得出宇宙恒值为负的结论，但我们所观察到的是一个为正的宇宙恒值。于是弦理论家又。。。最后，弦理论已经不是一个“理论”，而是“一系列”理论的“集合”。几乎无法被证伪，因为不管实验观察的结果是怎样，都可以找到某种“弦理论”来解释。
更重要的是，即使最终证明弦理论是正确的，它离解答一些重要的物理学基本问题还差得很远。因为它是一个依赖于“背景”的理论：设定一个确定空间背景，然后研究物质在这个背景中的变化规律。这点与广义相对论不对。相对论是一个不依赖于“背景”的理论：它所研究的就是时空背景本身如何与所处其中的物质相互作用。一个“终级”物理理论，必然是不依赖于背景，因为所谓时空背景本身也是我们需要研究的对象。
作者在书中花了很多篇幅指出弦理论的问题。但是，作者一再强调，他并不是“反”弦理论。他本人也甚花了很多时间钻研弦理论。实际上，弦理论的流行，很大一部分原因在于没有其他的理论能做得比弦理论更好。但是，作者认为，由于物理学界所存在的内在的问题，使得弦理论处于一种“赢家通吃”的地位，影响了其他理论的发展。
这一点让我很惊讶。通过该书才发现，原来即使在美国这样相对学术自由的地方，在物理学这样的所谓“硬科学”领域，“学术垄断”问题也很严重。年轻的学者要得到晋升，要发表文章，要得到拨款，都需要经过“专家”的论证。而这些“专家”大多数都是弦理论者。所以即使你有自己的想法，但如果你不是照着弦理论的路子去走的话，就很难在物理学界出头。
不过，弦理论虽然在物理理论上的贡献还很有限，但所要求的数学才能确实很高。很多弦理论家后来都转到量子计算机/生物学/金融（文艺复兴基金）等领域，并取得成就。
作者认为，正是这种学术垄断，导致基础物理学，在过去近三十年来，几乎没有什么重大学术进展。实际上，最近一次的物理学界的革命性思想，在上世纪20年代之前，就已基本上完成了。而后来费曼这批人，更多的是“技术”上的天才。他们通过实验、数学，在这些革命性的思想基本上，加以完善发展，以“标准模型”的确立达到顶峰。
而作者认为，目前物理学所遇到的瓶颈，很大原因就是因为，这种“技术性”的创造，已经达到极限。现在更需要的是革命性的“思想者”，而不是高超的“技术者”。而很少有人能同时具备这两种能力。爱因斯坦思想性强，但数学功底并不是特别强，以致于他找不到一份学术性工作，只能做专利申查。唯一的例外可能是牛顿。
作者认为，基础物理学要进一步发展，很有可能我们需要重新考虑相对论和量子论的一些基本假设。一种可能是相对论的基本观点，光速恒定，可能是错的。而作者表示，他始终感觉量子论的基础是有点问题的。（那看来我们这些门外汉感觉量子论难以理解，也是可以理解的了。）
爱因斯坦晚年因为一直不相信量子论而成为笑柄。然而，说不定他的直觉最终被证明是对的。量子理论让我想到过去几十年来美国学术界的一个特点：重量化研究、重结果，但不重视概念性问题。量子理论的根本思想性基础是什么？这不重要。重要的是我们的这些公式能很好地解释实验结果。这在一定范围里能取得很大成功。但要在这个范围外取得突破，就不行了。
书中介绍理论物理历史中让我印象深刻的一点是信息的传递：很多理论早就有人提出，但由于种种原因，没有被人们所广泛了解，要到好多年，甚至几十年后，才重新被人们发现。
本书中另一个很有意思的部分是关于到底是什么科学的讨论。虽然我们通常会说“科学的方法”，但作者认为，这并不是本质的区别。波普尔的“证伪”，在理论上讲很有道理，但在实践中，往往并非如此，因为现实世界中，观察是不可能完美的。当观察结果与一个被普遍认同的理论所相违背时，人们首先做的不是推翻理论，而是考察这个观察结果是否确实可信。或者说：当我们看到一只粉红色的天鹅时，我们首先是去找谁给它染的颜色。
因此，在作者看来，科学与其他知识或信仰系统的根本区别，在于它的质疑性和扩展性：对任何结论持质疑态度，只有当让我们“不得不”接受一种观点时才接受它；承认自己可能出错，永远准备在事实的支持下推翻原有的结论。费曼对科学的定义：有组织地对专家观点的可靠性进行质疑。
理论物理要解决的5大问题：（1）把相对论和量子论结合到一个综合理论；（2）解决量子力学基础中的一些问题；（3）发现是否能将目前所观察到的各种基本粒子和作用力以一种更基础的个体的不同表现形式来表达；（4）解释粒子物理的标准模型中的各种自由系数在自然界中是如何确定的；（5）解释宇宙学的标准模型中的系数（包括暗物质/暗能量，如果存在的话）是如何确定的。
物理学中的革命性思想，往往是发现原来认为是不同的事物，原来是同一事物。原来人们认为地球/太阳/星星，是不同的事物。原来人们认为静止不动和运动是不同的状态，但伽利略和牛顿告诉我们，静止不动和直线匀速运动是相同的。原来人们认为引力和加速运动是不同的，而爱因斯坦告诉我们这两者是相同的。但在一些少数情况下，新的思想是基于发现我们原来所未知的第三者的存在。比如，其他未知的星球的存在影响了我们观察到的星球的轨道。
- P61:在一个有spontaneous symmetry
breaking的理论里，基础粒子的特征在一定程度上依赖于历史和环境。
P83：更好的物理学理论：让一些我们原以为已经被解释清楚的事物，根据一些新的法则变化。广义相对论：通过空间变化解释引力。
- P85：“引粒子”的难点：当引粒子运动时，同时影响了它所处的背景环境。
- 真正有创见的人，是不愿意追随主流的。他们怀疑我们大多数人认为是肯定正确的东西。Julian
Barbour买了个农场，通过做翻译养家，因为如果在大学的话，他没有时间真正“思考”。如何发现那些真正有创见，但可能是错的人：找到一个对此人的思想非常有兴趣的有成就的人。
- 进一步了解：Alexander Grothendieck，Paul Feyerabend。
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发表于 2011-9-26 21:37:08
