万物的难以捉摸的理论

作者: 东西体讯

万物的难以捉摸的理论
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简单来说

  • 斯蒂芬霍金关于黑洞和宇宙起源的研究可以说是理论​​物理学家为使爱因斯坦的万有引力和量子物理调和成一切的最终理论而作出的最具体的进展(作者: 东西体讯)(伟霆)  。
  • 物理学家对这样的理论,弦理论有着最喜欢的候选人,但它有五种不同的表述,每种表述都涵盖了有限范围的情况。
  • 然而,一个数学关系网络将不同的弦理论联系到一个总体系统中,神秘地称为M-理论:或许网络本身就是最终理论。
  • 在一本新书“大设计”中,霍金和加州理工学院的物理学家伦纳德·马洛迪诺认为寻求发现最终理论实际上可能永远不会导致一组独特的方程组。他们写的每一个科学理论都带有它自己的现实模型,(作者: 东西体讯)(伟霆)  谈论实际是什么可能没有意义。这篇文章基于那本书。

几年前,意大利蒙扎市议会禁止宠物主人将金鱼存放在弯曲的鱼缸中。该措施的提案国解释说,将鱼放在碗中是残酷的,因为弯曲的两边会给鱼儿带来扭曲的现实观。除了衡量贫穷金鱼的重要性之外,这个故事提出了一个有趣的哲学问题:我们如何知道我们认为的现实是真实的?

金鱼看到的是与我们不同的现实版本,但我们可以肯定它不是真实的?就我们所知,我们也可能花费我们的整个生命通过扭曲的镜头凝视世界。

在物理学中,这个问题不是学术问题。事实上,物理学家和宇宙学家发现自己处于与金鱼类似的困境。几十年来,我们一直致力于提出一切的终极理论 – 一套完整和一致的基本自然法则,可以解释现实的每个方面。现在看来,这种追求可能不会产生单一的理论,而会产生一系列相互关联的理论,(作者: 东西体讯)(伟霆)  每一种理论都描述自己的现实版本,仿佛它通过自己的鱼缸观察宇宙。

对许多人来说,这个想法可能是困难的,包括一些正在工作的科学家接受。大多数人认为那里有一个客观的现实,我们的感官和科学直接传达关于物质世界的信息。古典科学的基础是这样一种信念,(作者: 东西体讯)(伟霆)  即外部世界的存在性质是确定的,并且独立于观察者的感知。在哲学中,这种信念被称为现实主义。

然而,那些记得蒂莫西利里和20世纪60年代的人知道另一种可能性:一个人的现实概念可能取决于知觉者的思维。这个观点,具有各种微妙的差异,如反实在论,工具主义或理想主义等名称。根据这些学说,我们认识的世界是由人类的头脑构建的,它以感觉数据为原始材料,并由我们大脑的解释结构来塑造。这个观点可能难以接受,但不难理解。无法将观察者 – 我们从我们对世界的看法中移除。

物理学一直在走,现实主义正变得难以捍卫。在经典物理学中,牛顿的物理学如此精确地描述了我们的日常经验 – 对象和位置等术语的解释大部分与我们的常识和对这些概念的“现实”理解相一致。作为测量设备,但是,我们是粗糙的工具。物理学家发现,日常物体和我们看到它们的光线是由物体(如电子和光子)制成的,我们并不直接感受到。这些物体不是受经典物理学的支配,而是受量子理论定律的支配。

量子理论的现实是与经典物理学的根本背离。(作者: 东西体讯)(伟霆)  在量子理论的框架下,除非观察者测量这些量,否则粒子既没有确定的位置也没有确定的速度。在某些情况下,单个物体甚至不具有独立存在,而只是作为许多群体的一部分存在。量子物理对我们过去的概念也有重要意义。在经典物理学中,过去被假设为一系列确定的事件,但根据量子物理学,过去和未来一样是不确定的,只存在于一系列可能性中。即使整个宇宙也没有单一的过去或历史。

这些例子使我们得出一个结论,为解释现代科学提供了一个重要的框架。我们认为,没有独立于图像或理论的现实概念。相反,我们采用了一种观点,即我们称之为依赖于模型的现实主义:物理理论或世界图景是一个模型(通常是数学性质),以及将模型元素与观测相关联的一组规则。(作者: 东西体讯)(伟霆)  根据与模型相关的现实主义,问一个模型是否真实,仅仅是否符合观察是毫无意义的。如果两个模型同意观察,那么任何一个都不能被认为比另一个更真实。在考虑的情况下,人们可以使用更方便的模型。

不要试图调整图片
替代现实的想法是当今流行文化的主流。例如,在科幻电影“黑客帝国”中人类不知不觉地生活在由智能计算机创造的模拟虚拟现实中,以便在计算机吸收其生物电能(无论那是什么)时保持它们的平静和内容。我们如何知道我们不只是生活在矩阵式世界中的计算机生成的角色?如果我们生活在一个综合性的想象世界中,事件不一定会有任何逻辑或一致性,也不一定遵守任何法律。例如,如果世界上每个人都突然决定巧克力是令人厌恶的或者战争不是一种选择,那么控制的外星人可能会发现它更有趣或者更有趣,例如,如果这个世界上的每个人都认为巧克力是一种令人厌恶的东西,但那从未发生过。如果外星人确实执行了一致的法律,我们就无法说出另一个现实背后的模拟。将外星人称为“真实”的外星人很容易,而计算机生成的世界则是虚假的。但是,如果像我们一样,模拟世界中的生物不能从外部注视他们的宇宙,他们就没有理由怀疑他们自己对现实的描述。

金鱼也有类似的情况。他们的观点与他们的弯曲碗外部的观点不同,但他们仍然可以制定科学规律来管理他们在外部观察到的物体的运动。例如,因为光线从空气流向水时弯曲,所以我们观察到的一条自由移动的物体将沿着一条直线移动,金鱼将观察到它沿着弯曲的路径移动。金鱼可以从他们(作者: 东西体讯)(伟霆)  扭曲的参照系中制定科学规律,这种规律永远是真实的,这将使他们能够预测碗外物体的未来运动。他们的法律比我们的框架中的法律更复杂,但简单性是一个品味问题。如果金鱼制定了这样的理论,我们就不得不承认金鱼的观点是对现实的有效描述。

一个着名的现实世界中不同的现实图像的例子是托勒密以地球为中心的宇宙模型与哥白尼太阳中心模型的对比。尽管人们说哥白尼证明托勒密错误并不罕见,但事实并非如此。正如我们的观点与金鱼的观点一样,人们可以用任何一张照片作为宇宙的模型,因为我们可以通过假设地球或太阳静止来解释我们对天空的观测。尽管它在关于我们宇宙本质的哲学争论中发(作者: 东西体讯)(伟霆)  挥了作用,但哥白尼体系的真正优点在于,在太阳静止的参考系中,运动方程要简单得多。

依赖于模型的现实主义不仅适用于科学模型,而且适用于我们为解释和理解日常世界而创建的有意识和潜意识的心智模式。例如,人类大脑处理来自视神经的粗糙数据,结合来自双眼的输入信号,提高分辨率并填补视网膜盲区中的缺口。此外,它从视网膜的二维数据中创造出三维空间的印象。当你看到一把椅子时,你只是利用椅子上散射的光线来构建椅子的精神形象或模型。大脑非常擅长建模,如果人们戴(作者: 东西体讯)(伟霆)  上眼镜将眼睛中的图像颠倒过来,他们的大脑就会改变模型,让他们再次看到事情的正确方向 – 希望在坐下之前。

深层理论的瞥见
在寻求发现物理学的最终定律时,没有任何方法比弦理论提出更高的希望 – 或更多的争议。弦理论在20世纪70年代首次提出,试图将自然界的所有力量统一成一个连贯的框架,特别是将重力引入量子物理学领域。但到了90年代初,物理学家发现弦理论存在一个尴尬的问题:(作者: 东西体讯)(伟霆)  有五种不同的弦理论。对于那些主张弦理论是一切的独特理论的人来说,这实在是一种尴尬。在二十世纪九十年代中期,研究人员开始发现这些不同的理论 – 还有另一种称为超引力的理论 – 实际上描述了相同的现象,给了他们一些希望,他们最终将统一到一个理论。这些理论确实与物理学家所称的双重性有关,这是一种用于来回翻译概念的数学词典。但是,唉,每种理论都只能在一定的条件范围内对现象进行很好的描述 – 例如在低能量条件下。没有人能描述宇宙的每一个方面。

字符串理论家现在确信,五种不同的字符串理论只不过是一种更为基本的理论M理论的近似。(似乎没有人知道“M”代表什么,它可能是“主”,“奇迹”或“神秘”,或者全部三者)。人们仍在试图破译M理论的本质,但似乎单一自然理论的传统期望可能是站不住脚的,为了描述宇宙,我们必须在不同情况下运用不同的理论。因此,M理论不是通常意义上的理论,而是一个理论网络。这有点像地图。为了忠实地在平坦的表面上表现整个地球,必须使用一组地图,其中每个地图都覆盖有限的区域。这些地图彼此重叠,而且它们在哪里显示相同的景观。同样的,

每当我们开发一个世界的模型并发现它是成功的,我们倾向于将模型归因于现实的质量或绝对真理。但是,像金鱼这样的M理论表明,同样的身体状况可以用不同的方式建模,每种方式都有不同的基本要素和概念。可能是为了(作者: 东西体讯)(伟霆)  描述宇宙,我们必须在不同情况下运用不同的理论。每种理论都可能有自己的现实版本,但根据模型依赖的现实主义,这种多样性是可以接受的,没有一个版本可以说比其他任何版本都更真实。它不是物理学家对自然理论的传统期望,也不符合我们日常的现实观念。但它可能是宇宙的方式。

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