來源: http://tastphysics.com/comment_2.htm



科學沒有終極解釋

我們人類的思維邏輯使我們總能對任何科學解釋再問出需要解釋的新問題,所以依靠經驗的科學無法實現終極理論。科學僅無法回答自身的問題就實在太多了,正象許多人提出的詰難。按照經驗原則給出的每一個解釋都會招致一個新的問題。這表明所有物理解釋的方式都不足以滿足理性(reason)的需要。對終極理論的最強大阻撓恰恰是我們人類總能發現科學所不能解答的問題。

理論物理學或純科學具有人類經驗的共享性,這與哲學有本質的不同。正是由于這種共享性導致物質與精神的分裂。當科學發展到一定程度我們就會問︰人類能否與"上帝"共享經驗?如果回答否,我們就會懷疑在科學上(而不是哲學上)能否實現大統一或終極理論。

物理統一理論是相對的,在科學上不存在對Everything的大統一理論。科學沒有那么大的本事。任何終極解釋都必須具有主觀或經驗非共享的特征,這樣才能避免解釋的無限循環,例如當有人非要打破沙鍋問到底的話,我說︰這是上帝的意志,你去問上帝吧。上帝的意志具有主觀性(人格化),我們又無法與其共享。

根據量子場論,我們感受的世界包括我們自身只不過是量子態的一種偶發形式,是一種巧合。這裡並非想討論世界是否可知這個問題,因為知識有哲學和科學兩種形態,

中國古代哲學中的天人和一、太極、陰陽、八卦等還有世界其他各民族的古老哲學和宗教都能夠在一定程度上給出終極解釋以完整人們認識的邏輯。在這一點上科學無法戰勝宗教和神秘主義。也許將來人類會製造出"上帝" --- 超級人工智能"機器",那時候我們人類的哲學和科學才真正"統一"了。


科學猜想的要素


一、純科學或物理學的猜想必須具有物理含義,即某種無法驗証或暫時無法驗証的現象。

二、其物理含義必須有數學表達式。

否則最多只能算是評論、哲學或宗教學說。

另外,描述是由基本原理來說明複雜現象,解釋是把複雜的現象還原為簡單的原理。無論描述還是解釋都不能循環論証。


物理統一理論無法回避的問題

科學是人們經驗共享部分的知識。盡管我們都知道對事物的觀測結果並不等于客觀存在,但很少有人質疑依賴經驗的物理理論所反映的就一定是客觀存在。例如,幾乎所有的主流物理學家都說根據相對論物質運動和信息傳遞的速度極限是光速,因為我們從未觀測到比光速更快的東西。

物理學的統一理論必然面臨觀測結果與客觀存在之間是否存在差距及這種差距的大小和本質的問題(測不準原理並不能滿意地解釋這個問題),因為除了在基本原理上進行猜想外,我們都是用現象解釋現象。這種用現象解釋現象的范式是把某種觀測的結果用來當作本質來解釋和預測其他現象。存在是個舞台,科學實驗和觀測都是在"電視轉播屏幕"前得到的。我們只能解釋和預測"電視屏幕"上的表演,這就是科學的局限性。在絕大多數情況下,這種局限性是不明顯的。

但是當科學研究到達一定層次時采用這種解釋方式就會發生極大的困難,在這個層次上用現象解釋現象就如同行為學理論通過觀測和研究人的行為來描述人的思想(行為)。

現代物理學在高速或微觀領域中觀測的結果是相對的(時空偏轉效應),而觀察者使用的測量單位是絕對的(地球坐標系)。在經典物理學中沒有這個差別,因為經典物理可以被看作是純粹維象的。但是我們會發現現代物理學原理的基本數學表達式中並沒有區分兩者,物理學的維象主義導致了我們對物理原理產生了錯誤的信仰,即把觀測結果當成了被觀測對象的實際狀態。這種錯誤主要反映在我們對相對論的理解和宇宙學等方面。我們干嘛不把量子狀態的不確定性等效于我們的測量單位不確定呢(時空偏轉效應)? 上帝怎麼做並非是由我們眼光所限定的。

如果我們有勇氣承認科學觀測事實與客觀存在有差別,特別是在科學研究的某個層次上這種差別(包括測量作用)已經影響到了我們的描述和預測能力以及我們通常把握客觀的思維邏輯,那么我們可以認為物理學的進一步發展是無法回避這一重大問題的。回避這個問題會讓我們永遠也解釋不清物理學的基本問題,這就是為什么對量子力學和相對論佯謬的幾十年討論始終沒有令人滿意的結果。

未來的物理學或許會含有更多的哲學味道和藝術品位,盡管科學不需要假設上帝的存在。


公理化體系

 

今天,公理方法在數學研究中受到普遍重視,但在自然科學研究中卻受到普遍懷疑和抑製。這種情況是與科學發展的歷史相關的。眾所周知,公理化體系最先是由歐幾裡得創立的。所謂公理本意是指人們公認的、無需証明的道理。正因為如此,歐幾裡得的幾何學一度被認為是絕對真理。但非歐幾何的出現改變了人們關于公理的觀念,特別是,面對以互為否定的命題為前提建立的不同公理體系,數學家們開始困惑了︰數學能夠揭示真理嗎?這個問題又可分解為︰數學是反映什么的?數學真理是什么真理?公理理論是純數學的還是科學的共同理論?

根據統一論對數學本質的揭示,數學是研究各種空間體系的科學理論。不管是什么數學理論,它都有著固定的空間模式,幾何學是這樣,代數學也是這樣。當然,這個空間並不是我們生活在其中的空間,而是各種不同的數學模型。我們所生活的空間是個現實的空間,而科學理論中的空間是一些抽象的空間,是由數學理論所界定的。我們每一個人都生活在同一個現實空間中,但卻生活在不同的理論空間中,而這正是構成不同的人文環境的原因。不管是對自然界還是對社會的各個方面,比如對宇宙、對政治、對經濟、對文化等領域,我們每個人都有不同的理解,而空間就是由這些理解構成的。所以說,數學能夠揭示真理,但它揭示的是一種主觀真理。

科學真理包括主觀真理和客觀真理。所謂客觀真理當然是關于客體的,沒有對客體的科學認識,就談不上客觀真理。對客體的科學認識包括定性認識和定量認識,所謂定性認識是自然哲學的任務,而定量認識則是數學的任務。所以說,自然科學就是自然哲學加數學。牛頓把它的物理體系叫做"自然哲學的數學原理",大概就是這個原因吧。同樣,社會科學就是社會哲學加數學。從這點來看,今天我們稱為社會科學的許多理論,它們並未應用數學或對數學的應用還很幼稚,這種理論實際上還沒有進入科學階段,還只能被叫做社會哲學。

前面說過,公理化理論由于非歐幾何的出現而受到質疑。但數學家們並未因此而氣餒,相反,公理方法在今天受到數學家們的普遍青睞。他們摒棄了舊的公理觀念,不再把公理看作不証自明的道理,而把它們當做不同理論體系的邏輯出發點。所謂一個公理化體系必須滿足三個條件,這就是體系的相容性、獨立性和完備性。相容性指的是體系內部的不矛盾性;獨立性要求各公理之間不能相互証明;完備性則要求體系內的任何命題都能被証明或証偽。這種追求邏輯統一性的公理化方法實際上已經成為一種綜合性的科學研究方法,不僅適合于數學研究,也適合于邏輯學、心理學的研究和各種自然科學、社會科學的研究。

可惜的是,這種方法並未得到科學家們的重視。他們仍習慣于用經驗命題作為建立體系的基礎,而不注重追求這種經驗命題的邏輯前提。經典科學是這樣,現代科學也是這樣。統一論在建立公理化的科學理論方面作出了一定的努力。

建立數學的完備性理論是二十世紀研究的主旋律,這是科學向完備性進發的前奏。二十一世紀一定將是建立科學的完備性理論的世紀。

無論是自然哲學的數學原理、廣義相對論,還是量子力學的代表性理論,無不在理論的數學完備性上下極大的功夫。理論的數學完備性是名副其實的理論物理學家學家追求的境界。


統一理論的范式

國內外許多所謂的"物理統一理論"都是是哲學方面的,而在哲學上發展或統一物理理論要么是發現科學所不能解答的問題,要么就是用形而上學(metaphysics)的方式重新解釋已知的現象和結論。后者與宗教說教似乎沒有什么區別。

任何科學理論的發展或物理學的統一都是基本原理的突破,它可以是某種猜想,但其直接推論要依賴實驗結果使我們能夠共享。原有的科學基本原理只能被涵蓋,成為新理論結論的一部分或特例,而不是被推翻。這個過程要靠物理學而不是哲學。

不少人一再論証相對論和量子力學的"錯誤",可相對論和量子論總是不倒。科學上總是接受最好的解釋,如果自己沒有更好的理論而去批判別人,別人是不會倒的。

在哲學上談論大統一遠比在物理上搞大統一容易得多。這種站點有很多,物理學的發展從來就沒有聽過哲學家的告誡。

物理上的大統一也許是個漸進過程,很可能是一種非常簡單而又奇妙的方法,但肯定不是大家都認為或遵守的某種范式。科學上的重大理論和發現從來沒有蜂擁而至產生的,大家都認為可行的路通常是走不通的。

我們對世界或宇宙的認識、理解和描述都來自我們已有的經驗,純科學表現在對我們經驗共享部分的語言、文字和公式描述,這種描述必須符合我們的認識邏輯。我們的認識邏輯總能讓我們提出需要解答的問題,誰也無法阻止我們對任何解釋再問一個問題。科學不能給出我們認識的終極答案或者說僅靠我們有限經驗的共享部分不能夠解答一切。如果存在非形而上學的大統一理論的話,很明顯我們會陷入認識邏輯上的自我循環。


隱藏在神秘波函數背后究竟是什么?

今天,我們必須認識到,量子理論自身還存在許多問題,即使它已出現並被廣泛應用近四分之三個世紀,即使它的大多數創立者已樂觀地認為它是一個完善的理論,即使今天量子理論的正統解釋已為人們普遍接受,隱藏在神秘波函數背后的粒子的客觀運動形式還沒有被發現。人們甚至還不清楚波函數究竟是描述什么的,以及波函數的測量投影過程是客觀的還是主觀的,亦或是一種虛幻。因此人們自然無法真正理解由測量投影過程所導致的量子非定域現象的本質,他們所依據的只能是信仰和猜測,于是重建量子理論的概念基礎,發現量子理論的真正物理解釋也許是目前最迫切的一個問題。

首先,它沒有解決理論所描述的物理對象問題,人們對于理論中所出現的波函數還沒有一個滿意的物理解釋,人們放棄了粒子的經典運動圖像,卻沒有給出粒子真實的客觀運動圖像,這一問題一直被認為具有更多的哲學味道而使實用科學家們避而遠之,但是它的解決可能為我們解決所有其它問題提供第一條線索。

其次,量子理論本身沒有解決測量問題,它沒有描述理論與經驗的連接紐帶---測量過程。在目前的量子理論中,測量過程被簡單地當作是一種瞬時的、非連續的波函數投影過程,然而對于這一過程為何發生及如何發生它卻說不清楚。為了一致地解釋這一測量過程,正統解釋求助于微觀系統和測量儀器之間的量子邊界,但是它又無法確切地描述這一量子邊界,可以說,量子邊界的存在是正統解釋的取勝法寶,同時又是它的致命弱點,這一形勢被形象化地表述于Schrodinger貓佯謬中;另一方面,一旦將測量投影過程解釋為一種客觀的物理過程,它的存在將明顯與相對論不相容,即對這一過程的描述不可能具有相對論所要求的Lorentz不變性(注︰解析時空變換已經徹底解決了這一重大問題。),這導致了人們一直在投影過程的客觀性和相對論的有效性之間猶豫不決,從而在很大程度上阻礙了對量子測量問題的解決,並進而阻礙了人們對波函數的物理含義的探求。應當指出,越來越多的物理學家已認識到量子測量問題是目前量子理論中最重要,也是最棘手的物理問題,它的最終解決將不僅使現有量子理論更加完善,同時也將為量子理論與相對論的結合鋪平道路。

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