
在物理学中,我们喜欢简单且广泛适用的理论。 物理学家通常将“简单性”指的是基于假定的最小数量的数学理论。 所谓“广泛适用性”,是指能够解释广泛现象的理论,尽管乍一看并不相关。 一个典型的例子是爱因斯坦的广义相对论。 它基于少量的简单原理,并成功地解释了该行星以及任何其他太阳系中行星的轨道,黑洞,引力波和宇宙膨胀。
当理论简单且广泛适用时,物理学家称它们为“美丽”。 诺贝尔奖获得者
史蒂芬·温伯格和
弗兰克·威尔切克将此类理论与莫扎特的作品进行了比较,并巧妙地构造了理想的结构,其中每一个音符都按照上帝的计划就位了:删除一个音符,构图将被销毁。 如此美丽的理论具有数学完整性,仿佛在揭示某种深层的自然真理,是一种隐藏的创造法则。 宇宙有很多层,从最大到最小,每个层都有自己的数学描述。 但是,它们是否属于更大的组成部分的一部分,是通过自然产生共鸣的统一音调?
这是所有正在寻找最终理论的物理学家的希望,该理论将把物理现实的许多层面编织成一个数学整体。 我们可以称它为柏拉图的终极梦想,即寻找一个简单而广泛适用的理论。 在过去的40年中,这些搜索启发了世界上许多最聪明的科学家。 但是今天,我们已经看到由于缺乏实验性的确认和一些理论障碍(包括可能存在多个宇宙和相关难题)而导致将数学简化为自然的愿望的局限性。
寻找并集的现代思想是弦论,它假设自然的基本本质是振动的能量管,而不是物质的粒子。 不同的振动对应于我们观察到的不同粒子,就像小提琴琴弦的不同振动对应于不同的声音一样。 当我在1980年代中期开始研究理论物理学时,我们的主要任务是寻找弦理论的独特解决方案:我们的宇宙及其所有粒子和相互作用。 我们相信快速的成功,因为自然界实际上是10维时空,9个空间和1个时间维的数学代码。 理想情况下,六个隐藏的空间维度将确定我们在三个普通维度中观察到的物理学:向一个方向弯曲,获得一个宇宙; 弯腰到另一个,得到另一个。 吸引力在于解决方案的独特性-一种用于额外测量的几何形状,可以告诉我们所需的一切。 没有任何理论可以更简单,更广泛,更美丽。
las,这注定不会发生。 快进三十年,发现一切都发生了根本变化。 令物理学家感到震惊的是,有很多而不是一个解决方案-根据一些估计,一个具有500个零的单位,每个零都提供自己的其他维数版本,自己的宇宙版本。 假设它们每个都有自己的一组基本常数,例如电子及其电荷的质量,引力的吸引力-决定自然物理性质的数量。 在众多可能性中,我们的宇宙在哪里? 我们知道,如果对这些常数进行稍微校正,生命将变得不可能-我们将不会在这里。 换句话说,我们生活在我们所居住的地方,因为我们无法在其他任何地方生活-我们的宇宙是允许我们生存的少数人之一。 当然,这是正确的,但是从科学的角度来看,它几乎没有作用。 更糟糕的是,这听起来像是重言式。 弦论已从能够数学证明我们的宇宙唯一性的理论发展到允许无数个没有偏爱的宇宙存在的理论。
我们需要重新考虑导致我们陷入这场危机的推理方式。 问题源于更深层次的哲学任务-根本原因。 从远古时代开始,沉浸在时间流中,具有清晰开始和结束的人,生物就对初始条件感到困惑。 怎么会一无所有? 在开始时,是什么赋予了该属性某些属性(即基本常数的值)? 谁下令? 谁命令我们?
我们的错误是,从科学的角度来看,这些是错误的问题。
物理学家在一个非常清晰的平台上工作。 为了及时确定系统的发展,有必要指定其初始条件,即零时的系统状态。 这意味着我们从一开始就了解系统,这是我们通过测量获得的。 在宇宙学中,这是不可能的。 我们可以根据今天对宇宙的了解来限制初始条件和基本常数的值,但是我们不能确定结论是最终的。 我们今天收集的有关遥远过去的证据可以使我们对所发生的事情不完整。 多元宇宙只会将初始条件的问题移到另一个层次,而无法解决。
任何试图明确确定宇宙初始条件并通过它们确定基本常数值的理论,都无法达到物理学的目的。 我们是否已陷入僵局,被迫接受常数的值? 在当前平台上,可以。 解决这个问题的尝试,即使是鼓舞人心的,也只是一个回旋处。
但是,并非一切都丢失了。 对简单而全面的理论的追求使人们对物理学的本质有了更全面的认识。 物理学是对自然现象的不断变化和自我纠正的描述的建构。 它与关于现实本质的形而上学的推测分离开来,这与我们对意义的追求有关,而不是与自然工作方式有关。 换句话说,物理学是一种谦卑的表达。 我们学会生活在无知中,作为回报,我们有机会逐步进步。
因此,现有物理学定律的看似任意性,以及拒绝美是朴素而真理是美的教条,这没有错。 如果将物理学理解为一种描述性的解释,而无需寻求统一,那么您就可以摆脱对世界一无所知的生存恐惧。 也许我们当前的困境是物理理论的方法论本质发生了一些更大的变化。 也许我们需要从历史的角度来对待它们,放弃徒劳的寻找根本原因和永恒真理的解释。 物理理论的本质可能是由于我们对现实的不完整和不完整的认识,反映了它们的描述性结构(分段和渐进)。 这没有错。