为什么弦论不是科学理论



科学家正在研究它,它与科学是一致的,并且希望它可以成为最大的科学突破。但是它缺少关键成分。

现在,弦理论家无法解释为何存在三个较大的空间维度和时间,而其余维度是微观的。在这方面的假设非常不同。
-爱德华·惠顿


定义科学的方法有很多,但也许每个人都可以同意的一种方法将科学描述为一个过程,其结果是:
收集有关自然过程或特定现象的知识;
提出了一个可检验的假设,其中包含对该现象的自然的物理解释;
该假设得到证实,并得到证实或反驳;
构建一个更通用的框架,或者一个描述一个假设并预测其他现象的科学理论;
反过来,它也被检查和确认,在这种情况下,搜索将开始寻找可以检查的新现象(返回到第三步),或者被驳斥,在这种情况下,将提出一个新的可检验的假设(返回到第二步)。

依此类推。当科学过程超出了假设的范围时,该科学过程始终涉及不断收集新数据,完善或替换假设,以及验证理论以证实或反驳它。

无论我们是否承认,这都是科学一直在进步的方式。日心论取代了地心论,因为它解释了地心论无法解释的现象,包括:
  • 木星的卫星;
  • 金星和火星在一年中不同时间的阶段和相对大小;
  • 彗星轨道的周期性。




牛顿重力取代了开普勒定律,因为它能够通过结合地面和天体力学进行预测。甚至爱因斯坦的相对论,一般的和特殊的,也出现在牛顿力学不可能解释接近光速的速度以及强引力场的行为时。为此,有必要进行牛顿时期不可能进行的观测,例如,测量放射性衰变和水星在太阳周围运行数百年期间出现的粒子的寿命。在新的条件下,以更高的准确性和更长的时间在不断进行的数据收集,使我们能够从生动而短暂的科学理论中看到这些缺点,并看到扩展到它们之外的潜力。

快进到今天。爱因斯坦的广义相对论仍然是引力的主要理论,它经历了它经历的所有实验和观察,从引力透镜到引力惯性参考系统的夹带以及双脉冲星轨道的减小,剩下的三个基本相互作用-电磁,弱和强-由量子场论描述。这两类理论是不相容的和不完整的,这表明尽管标准模型取得了成功并且需要引力量子理论,但宇宙还有很多我们不了解的事物。



解决这个难题的一种方法是弦理论,其思想是我们感知为粒子或相互作用的一切都只是以特定频率振动的开放或闭合弦的体现。

看起来,既然我们将概念称为弦理论并提出它作为解决科学问题的可能方法,那么我们已经肯定地回答了这个问题:是的,弦理论是科学的。但是只有在数学意义上它可以称为理论,因为它具有可以从中得出的自己的公理,假设,元素,定理和结论。集合论,群论和数论是数学理论的例子,而弦论是另一个类似的例子。



但这是物理理论吗?

她进行身体预测,例如:
  • 存在十个维度;
  • 关于用“真空”来确定基本常数;
  • 超对称粒子的存在;
  • 关于在五维空间中的量子引力理论与在该空间边界(四维)上没有引力的场论之间存在数学等价关系的问题。


这些当然是对宇宙物理的预测。但是可以检查吗?



到目前为止,答案是否定的。第一个问题是非常严重的:您需要摆脱六个维度才能进入被感知的宇宙,这可以通过多种方式实现,即它们的数量要大于宇宙中的原子。更糟糕的是,它们中的每一个都给出了弦论中的“真空”形式,而没有一种可理解的方式来获取描述我们宇宙的基本常数,这是第二个预测。

第三个尚未得到证实,但我们需要约10 15的能量为了完全排除弦理论并反驳它,它的体积是LHC的两倍。另外,超对称粒子并不是弦论的唯一预测。他们的发现仅意味着不排除弦理论,也不意味着它是正确的。最后的预测是数学的,而不是物理的。它没有给我们机会观察或测试某些东西。

而且尽管最近召开了一次全体会议,其推动力是乔治·埃利斯(George Ellis)和乔·希尔(Joe Silk)去年撰写的有争议的著作,但答案很明确:不,弦论不科学。正如萨布丽娜·霍森费尔德(Sabrina Hossenfelder)和戴维·卡斯特维奇(David Castelvecchi)所说,人们正在努力将其转变为科学,从而改变科学的定义。



废话!如果我给你看一个郁金香,说:“这是一朵玫瑰”,你可以给我看世界上所有的玫瑰,然后说:“不,这些是玫瑰,你有一个郁金香。”如果我将玫瑰的定义更改为包括郁金香,它会因此而成为玫瑰吗?还是我只是使有用的定义和分隔变得不那么有用?



为了提高科学理论水平,您需要做出可验证的(因此可以反驳的)预测。除非我们找到一种方法来确认或驳斥它,否则即使是由已建立的理论(例如多个宇宙)引起的物理状态也不会成为科学理论。即使是很好的假设,这也只是一个假设。有趣的是,当弦理论首次提出时,它被称为弦假说,因为每个人都知道它还没有发展到成人理论的水平。 (当然,当时她假设字符串是原子核内部的基本实体,而不是夸克和胶子)。



这仍然是一个物理假设,也许有一天它将成为一个物理上有趣的科学理论。在这一天,我们都自豪地欢迎弦理论,它是科学界的一部分。在此之前,我们同意字符串理论很有趣,这要归功于它所包含的可能性。这些可能性对于我们的宇宙是否有意义和有意义-当今的科学无法回答这个问题。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN396263/


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