【物理哲思录】物理学需要哲学,但不需要哲学家!

2021-02-23 网络
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原问题:【物理哲思录】物理学需要哲学,但不需要哲学家!

以下文章泉源于中国科学院理论物理研究所,作者Michael segal

劳伦斯·克劳斯(Lawrence M. Krauss)是个稀有动物。

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△劳伦斯·克劳斯。图片泉源:krauss.faculty.asu.edu

他是物理学家,成就卓越,曾预言宇宙的大部门能量都储存在真空中。他写过九本畅销书,第十本即将出书,包罗大受欢迎的《星际迷航的物理学》(The Physics of Star Trek)——我读了这本书才知道,企业号需要燃烧自身质量81倍的燃料才气加速到光速的一半。

克劳斯语言从不掩饰。

他谈论哲学——“物理学需要哲学,不需要哲学家”。他也谈论宗教,给《纽约客》撰文的问题是《科学家都应该是战斗的无神论者》。他总是有话直说,偶然还引起争论。

在对话中,我显著能感到他喜欢说些直接或不敬的话。不外更主要的,是他对科学的爱,以及他对科学方式的看法。他以为,科学方式不仅仅是一件适用的工具,更具有文化的价值,需要我们的流传和辩护,哪怕会引发论战。

以下是他在俄勒冈的家中和Nautilus的对谈。

AI先说

若是有看不懂的段落,可以跳过,但不要退出……由于后面你看得懂的段落,都市非。常。劲。爆。

▲问:为什么将引力和自然界的其他力统一会那么难题?

答:其他作用力的理论都具有一些美妙的特征:虽然(无限多个)量子涨落从理论上看会发生无穷大的孝敬,使你无法用那些理论来做盘算。然则这些理论中还存在一种对称性,使我们得以驯服那些无穷大的孝敬。你可以把无限大的孝敬都忽略掉,并得出行之有效的预言。

然则在广义相对论中,它的数学公式使你不能忽略这些无穷大。在某些水平上,量子力学对广义相对论的孝敬是无法驯服的,盘算效果没有意义。这是由于广义相对论的数学本质使然,这是它的一个特征。另一个问题是观点层面的:若是空间和时间是广义相对论的变量(它们的确是),那么从观点上说,提出一个形貌时间和空间的量子理论将是异常复杂的。

但现在看来,这并不是问题的要害。问题的要害照样在数学层面――你得保证引力场在细小尺度上的无限多涨落不会毁掉广义相对论,而现在它们确着实毁掉这个理论。正由于云云,我们才确信广义相对论还不足以完全解答引力问题。当你研究的尺度越来越小时,这个理论就和其他所有理论一样,需要修正。

现在有两种可能:一是用一种自己依赖于尺度的量子理论来修正广义相对论。二是用类似弦论的器械来修正广义相对论,获得一个最终理论,可以在从零以上的各个尺度上注释宇宙。我说的不是弦景观(landscape)。在大约是10^-30厘米的尺度时,引力就会体现显著的量子效应。于是我们讨论的就是,你是否能找到一个从10^-30厘米到0的尺度上形貌宇宙的理论。我的同伙弗兰克·韦尔切克(Frank Wilczek)说过,弦论并不是一个关于万事万物的理论(a theory of everything),它是一个关于近乎虚无的理论(a theory of almost nothing)。

▲问:我们要怎么知道引力能够量子化呢?

答:弗里曼·戴森(Freeman Dyson)是一位富有才气的物理学家,也是个异见分子。他已经90岁了,但近年来依然做了一些研究。我们在新加坡加入一次集会时他指出了一件事:我们并不能确定引力能够量子化。电磁波可以量子化,由于我们知道世上存在组成电磁波的量子:光子。现在它们正朝我们飞来,照在我的脸上,也钻进纪录这次接见的摄像机里,我们还能丈量到它们。自然界中所有的作用力都存在对应的量子。若是引力也是一个量子理论,那么一定有一种通报引力的量子在发生相互交换,我们把它们称为“引力子”(gravitons)。它们是引力波的量子化的效果,就像光子是电磁波的量子化效果。然则弗里曼指出,我们还没法在地球上开展实验丈量引力子。他可以证实为什么办不到:要做到这一点,你必须群集伟大的质量,还没来得及实验,就会塌缩成一个黑洞。以是他说,我们基本不可能测出引力子,也不可能知道引力是不是一个量子理论。

我对这个问题的明白都在我和弗兰克联名的论文里写清晰了:我以为宇宙的行为好像一台引力子探测器,早期宇宙的一些物理历程会发生一种我们今天可以观察到的征象,即引力波。然而只有量子引力存在,这些事情才有可能发生。若是引力无法量子化,我们就无法观察到这些来自极早期宇宙的引力波了――BICEP(宇宙泛星系偏振靠山成像实验)的研究者所宣称的发现。现在我们知道,BICEP发现的未必就是极早期宇宙的引力波。但若是极早期宇宙确实发生过所谓的“暴胀”(inflation)、也确实发生过引力波,那么我们就能断定引力是一种量子理论了。因此,量子引力的方方面面,未来的理论物理学家都必须做出解答——如果未来几代的理论物理学家都能保住事情的话。

▲问:引力波的发现会带来什么效果?

答:效果会是21世纪的新的天体物理学。我们正在制造的引力波探测器就是为了到达这个目的,有了这些探测器,我们就能看到黑洞形成的一瞬间以及黑洞相撞的情景。也许这些微弱的引力波会不受阻挠地从极早宇宙流传到现在,使我们领会宇宙降生10亿亿亿亿分之一秒时的样子,而谁人时刻已经很离大爆炸很近了。

我们将会看到黑洞的形成,看到中子星相撞。我们甚至不知道自己还会看到什么。那都是大量物质介入的大扑灭事宜,爆炸或塌缩伴也会发生引力波。若是广义相对论是准确的,那么一个黑洞在形成的最后阶段就会以引力波的形式放出伟大能量,而我们或许就能瞥见这些颠簸。当两个黑洞撞击并结合成一个更大的黑洞,或者当两枚中子星撞击形成一个大型黑洞,也会发生大量引力波――我们应该能够见证这一点,我们还会领会广义相对论的性子和强引力的纪律,另有黑洞的许多性子,以及我们平时无法瞥见的宇宙中的其他天体。

▲问:你还在钱包里带一张卡片、向别人证实大爆炸确实发生过吗?

答:是的,固然。我之以是要这么做,就是由于像你这样的人会问我这个问题。大爆炸真的发生过。我希望有一天能向本·卡森(Ben Carson)注释,但我以为他不会懂。(译注:本·卡森,美国总统候选人,曾说过大爆炸是一个童话。)

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我的卡片对照了从大爆炸出发预言的种种轻元素的含量――氢、氦和锂。我们预言它们的丰度相差10个数量级,好比宇宙的25%是氦,另有100亿分之一是锂。你若是对比观察数据、也就是这里的一条细线,就会发现它们和展望完全吻合。我们从大爆炸出发对轻元素丰度的展望,和观察的效果是相吻合的。在我看来,这是说明理论准确的最有力证据。

▲问:民众对科学的熟悉另有哪些缺陷?

,科技新闻实时报道,

答:在我们生涯的这个社会,民众对基础科学没有任何文化上的浏览。我们关于宇宙的发现是人类最巧妙的成就,可是有的人却对真相云云畏惧,由于真相可能违反他们既有的信仰,他们就此对真相闭目塞听,这是很令人担忧的。若是这仅仅是关于大爆炸的,我还不会在意。怕就怕越过了这一步,人类就会一起滑坡,直到不信赖演化论、不接受天下的本来面目、反而凭据2000年前铁器时代农民的所谓智慧来制订愚蠢的执法……

我以为这是我们这个文化在许多方面中体现出来的一个病征:你可以随便说谎而不受处罚,人们宁愿信赖自己想要信赖的器械、而不是接受对自己晦气的现实,无论在意识形态照样宗教上,都是云云。就像戈尔所说的那样,真相有时是令人尴尬的。面临真相,许多人宁愿专一在沙子里――或许很快就要专一到水里了吧。科学流传已经有很长的历史了,然则在我看来,流传科学功效的需求在这些年里变得越发迫切了,这个时代,全天下的人类都在危害地球,我们再也不能无视科学效果了,由于那样会让我们遭殃。

▲问:你在年轻修业的时刻遇见过大物理学家理查·费曼。他对你有什么影响?

答:昔时我照样个年轻的大学生,在加拿大加入了一个物理学本科生的组织,费曼到我们的集会上揭晓了一次讲话。我带着女同伙一起去听讲了,她是那里少有的几位女性之一,于是费曼花了许多时间与我攀谈――另有她。我整个周末都在和费曼语言。他还教我怎么舞蹈。这对于一个年轻人是一次巧妙的履历。浏览他的言论,阅读他的文字,对我真的影响重大。我固然不是受他熏陶的唯一一个,然则我要说:他在谈论科学时转达的那份喜悦,也是我想在谈论科学时转达的。除了喜悦,另有勇敢——是的,他的勇敢同样主要。他激励我多冒险,我也真的那样尝试了。

我有幸写出这本书有一个缘故原由:许多年后,在哈佛任教的我在加州理工学院揭晓了一次讲话,费曼在钻研会上问了我一个问题,事后还走上来和我攀谈。我急着要告诉他我就是昔时的谁人年轻人,但有个讨人厌的年轻助理教授总是缠着我,厥后费曼走了,我想,好吧,下次碰头再说。可厥后他就死了,我再也没能和他说上话。错过这个机遇,真是惋惜。我写这本书,也可以说是在向他叩谢,由于我没机遇劈面跟他叩谢。

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△“费曼大神,我是你的死忠粉啊!”-“朕知道了。”图片泉源:lh4.ggpht.com

▲问:说说你和哲学家大卫·阿尔伯特(David Albert)的交流吧。

答:我和他从未有过交流。我写了一本关于宇宙学的书。而他写了一篇谈论,评的是他希望我写的一本关于宇宙学的书。在我看来,这两本书压根不是一码事。他的书评写得刻薄,然则他并不明白我现实写了什么,就连“宇宙学”这个词都没有提起。这篇书评引起了一些惊动,但我以为很平庸。若是他是个英语系学生,我会给他打C-。要写书评,那就应该围绕着一本书来写。据我的影象,他真正谈论的是只有理查德·道金斯给我写的跋。那部门也写得欠好,若是我是英语系教授,也会给他不及格的。

▲问:物理学需要哲学吗?

答:每个人都在从事哲学,科学家固然也不破例。哲学就是批判推理、逻辑推理和剖析。在这个意义上,物理学固然需要哲学。

问题是:物理学家需要哲学家吗?我看已经不怎么需要了。以前是要的。早先的物理学家自己就是哲学家。当问题界定不清时,哲学是很要紧的,于是从自然哲学中发生了物理学。然则物理学已经摆脱了哲学。现在,就连科学哲学家的事情也已经和物理学家的事情没有若干关系了。物理学固然需要哲学,只是不需要哲学家而已。

物理学家自己就在从事哲学,只是没有文凭。他们提出问题、批判剖析、区分差其余假说、运用逻辑――这些都是主要的哲学流动。以是我不是要贬低哲学,由于这是我们切切实实从事着的事情,而且哲学在生涯的许多方面都很有用处。我最近在讲台上和诺姆·乔姆斯基(Noam Chomsky)长谈了一次哲学,这个月还要和我的同伙、著名哲学家彼得·辛格(Peter Singer)对谈一次。他们提出的问题对人类流动的许多方面都饶有意见意义。只是对物理学没有影响。

▲问:在你的著作《虚无中发生的宇宙》中,你问了“无”中是若何发生“有”的,你自己的回覆是,“无”并不是我们想象的那种无。这是在逃避问题吗?

答:不,我只是变换了问题,这没有什么纰谬,科学里常这么干!我的意思是,这就是我们所说的“学习”,有的人由于我们改变了“虚无”的意思而生气,但我们同样改变过“光”的意思,由于我们发现了光是由光子组成的。学习就是这么一回事。

我们现在知道,“虚无(nothing)”是一个异常玄妙的观点。我的意思是,它从来就没有过一个较好的界说。有宗教人士否决我对虚无的界说,但他们大多数人自己也没给它下过界说。他们界说的虚无是这样的:虚无就是只有天主能缔造万物的状态。这个界说是毫无用处的。《圣经》里所谓的虚无,实在应该叫做“真空”,而且是永恒的真空――许多人以为,我们的宇宙大部门都是云云,在100年前,这是主流的看法。那时以为,宇宙就是一个银河系加上周围的无限漆黑的虚空,而且那片虚空是很简朴的。现实上,谁人“无”中时刻缔造着“有”,由于基本粒子随时在这样的虚空中发生、湮灭――它们称为“虚粒子”。以是说,那些指斥我们的虚无界说的人,他们自己也从来没有好好地界说过它。

你可能会说,虚无就是不存在,可是你说的是什么器械的不存在呢?我在说到降生宇宙的虚无时,我指的是彻底的虚无,不仅没有粒子和辐射,而且没有时间和空间,这一切都是从虚无从发生的。你可能要问,那么另有其余什么存在吗?我会说,这个问题在很大程度上是一个文字游戏、或许基本是个没有意义的问题,由于你也可以说另有其余器械存在,好比有一只驮着一只的乌龟、有其余宇宙,好比我们的宇宙是从一个多重宇宙中发生的之类;不外也可能真的什么都不存在,没有时间空间,时间空间都是溘然发生的。

说宇宙从无到有发生或许会使一些人困扰。可是,说一个光子从一盏电灯中发生,这就不使人困扰了。也许我们的宇宙就是谁人光子的量子版本,有人以为疑心,是由于这不相符他们的一样平常履历、不相符他们对于虚无的经典看法。又或者他们是在忧郁因果之类的问题:要是时间和空间都是大爆炸之后才发生的,那么整套关于因果的观点就该抛到窗外去了。若是没有了“之前”,你就无法在这个意义上询问因果了,这多使人疑心了!不外这也没什么,科学就是要使人疑心的,有人疑心就说明我们想得还纰谬。若是你以为疑心了,就应该做点什么来解惑。

▲问:科学家会以为科学方式是神圣的吗?

答:不,它们不是神圣的。我们推行科学方式是由于这些方式有用。若是它们不再有用,我们就甩掉它们!我们科学家不以为有什么神圣的器械,用哲学的话说,我们是功利主义者(utilitarians)。一样器械若是没用,我们就不会再注意它;若是有用,我们就接着用它。你可以管这叫“神圣”,但我们只采取有用的器械,而科学方式是有用的,神启没用。就这么简朴!

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△“忘了耶稣吧,你之以是能在此,是由于恒星们死去了。”——劳伦斯·M·克劳斯。图片泉源:read.html5.qq.com

▲问:你怎么看待信教的科学家?

答:人类是可以同时信赖两套完全抵触的看法的。有地质学家研究古代岩石,揭晓的讲话和写的论文都是关于几亿年前发生的征象,但他们又自称信赖地球的历史只有短短6000年。他们究竟是怎么做到的呢?我是不明白,但就是有人做获得。

显然,从事科学而同时信仰宗教是可能的,由于的确有科学家信仰宗教。然则我也说过,对于那些科学家,宗教并不干预科学,由于他们体贴宇宙的现实运行原理,只是在背地里会说:也许这一切都是天主作育的吧。可是一旦思索宇宙的原理,他们就像著名生物学家J·B·S·霍尔丹(Haldane)所说的那样,并不会以为有什么天主或者天使在摆弄试验设备的指针。霍尔丹还说,既然在实验室里是个无神论者,那么到了实验室外何不也做个无神论者呢?

▲问:你是由于科幻作品才从事科学的吗?

答:这是个鸡生蛋照样蛋生鸡的问题,很难回覆。我小时刻是由于喜欢科学才喜欢上了科幻?照样由于喜欢科幻才喜欢上了科学?我以为这两样是相辅相成的。科幻是好器械,由于它突破了许多人不愿谈论科学的禁忌。我好像在《星际迷航的科学》里写过这么一段话:你在聚会上告诉别人你是物理学家,他们会先应付你两句,然则当你最先谈论时间旅行和曲率引擎之类,他们就兴奋起来了!科幻使人领会那些激动人心的科学问题、又不至于让人背上智力的负担。有些人会到这里为止,叹息几句这真是一个有趣的问题、一个有趣的故事就完了。另一些人会最先好奇,好比我,会想知道真实宇宙的运行原理。这就是我写《星际迷航的科学》的缘故原由,由于真实的宇宙比任何人写出的任何科幻小说都有意思。

▲问:若是你不是科学家,你会做什么?

答:

原创 世界最早陆生真菌类化石在我国贵州发现,是蘑菇、酵母的祖先

这种真菌类化石不单是蘑菇的远祖,也是酵母、青霉等真菌类生物的祖先,庞科研究员认为它们是迄今为止世界上发现的最早陆生真菌类化石,因为此前在苏格兰发现的最早的陆生真菌的化石距今约4.1亿年历史,这次…