En física, ¿es el experimento el único criterio para probar la verdad?
La teoría de cuerdas, establecida para unificar la relatividad general y la mecánica cuántica, está más cerca de "un marco matemático universal" que de una teoría que pueda ser probada o refutada.
Hace décadas, Karl Popper, uno de los filósofos de la ciencia más influyentes, llegó a una conclusión: la relatividad general es una ciencia confiable y el análisis espiritual de Freud es una pseudociencia. Popper tenía un gran interés en cómo trazar los límites entre ciencia y no ciencia, especialmente el límite entre ciencia y pseudociencia. Llamó al problema un "problema de delimitación". Después de una larga y dolorosa reflexión, Popper propuso un criterio simple para distinguir la "ciencia" de la "no ciencia": la falsabilidad. Es decir, podemos decir que una idea es científica si se puede demostrar (al menos en principio) que es errónea, incluso si resulta ser realmente errónea.
El eclipse solar total de 1919 demostró la exactitud de la teoría de Einstein con el testimonio de todo el mundo, y también influyó profundamente en Popper. Consideró las teorías de Einstein como ejemplos de "buena ciencia". Lo siguiente es un extracto de su libro Conjeturas y refutaciones (1963). Usó la teoría general de la relatividad de Einstein y las teorías de Freud y Adler como ejemplos para ilustrar la diferencia entre ciencia y pseudociencia:
Podemos ver claramente que la teoría de Einstein cumple con el estándar de falsabilidad. Incluso si nuestros métodos de medición existentes no nos permiten determinar si su conclusión es correcta o incorrecta, al menos su conclusión puede ser negativa.
Las teorías psicoanalíticas de Freud y Adler son diferentes: no se pueden probar ni falsificar; ningún comportamiento humano concebible puede refutarlas y demostrar que están equivocadas. Personalmente, no niego que algunas de sus teorías puedan ser importantes, ni niego que estas teorías puedan algún día desempeñar algún papel en la ciencia experimental de la psicología. Pero la cosa no termina ahí. No creo que las teorías que estos analistas elaboran sobre la base de "observaciones clínicas" sean mejores que las que los astrólogos elaboran todos los días.
Sin embargo, más tarde se descubrió que el experimento del eclipse solar total de 1919 que Popper admiraba probablemente no fue tan impecable como imaginaba. Cuando algunos académicos revisaron la larga historia y exploraron los detalles en ese momento, descubrieron que en realidad había un error de cálculo en la concepción temprana de la teoría de Einstein: este error de cálculo provocó que el ángulo predicho por la teoría de la luz fuera doblado por una masa masiva. objeto (como el sol) tiene el doble del valor real, y la cantidad física que los científicos midieron durante un eclipse solar total y citaron como base para la prueba teórica es la curvatura de la luz. Entonces, si el experimento del eclipse solar total se hubiera realizado en 1914 (el año en que se planeó originalmente pero se pospuso debido a la Primera Guerra Mundial), se habría demostrado que la teoría de Einstein en ese momento era errónea. Además, después de que Einstein corrigiera los errores de cálculo y propusiera la versión final de la teoría general de la relatividad, el experimento del eclipse solar total de 1919 contenía en realidad errores considerables. Para obtener los datos experimentales más ideales, Sir Arthur Eddington, uno de los principales astrónomos que presidió el experimento en ese momento, probablemente revisó manualmente los resultados experimentales recopilados. Esta historia nos dice que la ciencia es tan compleja como la vida y que es difícil obtener “resultados limpios” perfectos.
Nos detendremos aquí sobre la teoría de Popper, pero los lectores no pueden evitar preguntar, no importa cuán famoso sea Popper, él propuso esta teoría a principios del siglo pasado, entonces, ¿por qué su teoría no llegó? hasta ¿Cómo es posible que siga atrayendo tanta atención hoy en día? Esto nos lleva a otro concepto: la teoría de cuerdas. Quizás este término le resulte familiar. En las últimas décadas, los físicos fundamentales han estado dando vueltas en torno a la “teoría de cuerdas” como la teoría definitiva que explica toda la materia en la naturaleza y sus interacciones, lo que Steven Weinberg llama la “teoría del todo”. Evidentemente, la palabra "teoría del todo" no puede entenderse literalmente. Estrictamente hablando, la "teoría de cuerdas" ni siquiera puede considerarse una "teoría", si definimos la palabra "teoría" como un sistema conceptual maduro, como la teoría de la evolución. , Teoría de la deriva continental.
De hecho, la teoría de cuerdas está actualmente más cerca de "un marco matemático general" que de una teoría. Es el marco matemáticamente más complejo que hemos conocido para resolver problemas fundamentales de la física moderna: cómo unificar la relatividad general y la mecánica cuántica. La relatividad general y la mecánica cuántica son teorías científicas muy exitosas, pero cuando resuelven algunos problemas físicos bajo ciertas condiciones, como los agujeros negros o las singularidades (el origen del universo antes del BIGBANG), surgirán agudos conflictos entre ellas.
Los físicos han llegado a la conclusión de que, dado que existe una contradicción irreconciliable entre la relatividad general y la mecánica cuántica, al menos una de ellas debe ser errónea o imperfecta. Una de las soluciones que encontraron fue la teoría de cuerdas: coloca a ambas dentro de un marco teórico más amplio (ver imagen arriba).
Es una idea maravillosa, pero solo hay un problema: algunos físicos fundamentales juran que la teoría de cuerdas no es sólo una teoría científica prometedora, sino que incluso otros científicos se burlan de ella. Creen que la "teoría de cuerdas" no es una ciencia en absoluto. Su argumento también es sólido: la teoría de cuerdas no tiene nada en común con ninguna evidencia experimental (ya sean supercuerdas vibrantes, espacio-tiempo multidimensional plegado u otras partes de la teoría), todas las cuales no pueden verificarse experimentalmente. La teoría de cuerdas es como la metafísica en el campo de las matemáticas, y los científicos nunca menosprecian nada que se llame "metafísica". Inesperadamente, los crecientes comentarios públicos y la vitriólica vilipendio se dirigieron a un solo filósofo: Karl Popper. ¿Qué está sucediendo?
El año pasado tuve la suerte de presenciar un seminario de este tipo in situ. En ese momento, me invitaron a Munich para asistir a un seminario sobre física básica. El contenido específico de la reunión fue el "Debate sobre la teoría de cuerdas". El organizador de la conferencia, Richard Dawid de la Universidad de Estocolmo, es un filósofo de la ciencia con una sólida formación en física teórica y partidario de la epistemología teórica. Afirmó los esfuerzos de los físicos de la teoría de cuerdas y trató de defender la "teoría de cuerdas": la teoría de cuerdas no es sólo un modelo matemático sofisticado divorciado de la ciencia real. Mi tarea en esta conferencia era asegurar que todos los participantes (la mitad eran filósofos, la otra mitad eran científicos, uno de los cuales era un premio Nobel) comprendieran completamente el contenido del curso introductorio a la filosofía de la ciencia: Popper dijo Qué, por qué ¿Dices eso? Dado que hay muchos físicos en este grupo que usan la teoría de la falsación de Popper para negar la naturaleza científica de la teoría de cuerdas, mientras que otros la descartan, entonces es necesario hacerles saber que la teoría de Popper es científica o no.
De hecho, tan solo un mes antes de la reunión, los principales científicos de ambos lados ya habían hecho todo lo posible para lanzar una abrumadora ofensiva de opinión pública. Algunos publican artículos y declaraciones en la seria revista "Nature", otros expresan sus opiniones en el sencillo Twitter, todo para ganar la batalla ofensiva y defensiva en el corazón de la física moderna. Para que todos sientan la atmósfera en ese momento, extraje algunos párrafos del enfrentamiento. “Lo que más me asusta es que si una teoría que no puede ser probada experimentalmente puede convertirse en ciencia, entonces la ciencia no es diferente del disparate o la ciencia ficción”. Esto viene del cosmólogo George Ellis, quien obviamente critica la teoría de cuerdas; La física Sabine Hosenfeld dijo: "El término 'ciencia sin pruebas experimentales' es un oxímoron". El profesor de Harvard Peter Galison dio en el clavo. Señaló el núcleo de la disputa entre ambas partes: "Este es un debate sobre la naturaleza de la física." En otra ocasión, aquellos que apoyaban la teoría de cuerdas no se quedaron atrás. "No podemos predecir de antemano qué teoría describirá correctamente el mundo", escribió en Twitter el cosmólogo Sean Carroll. Luego escribió: "Sólo los científicos que carezcan de conocimientos filosóficos serán considerados como la Biblia por razones de falsificación". Sólo puedo extraer un extracto de la maravillosa respuesta de un científico: Leonard Suskan, físico teórico de la Universidad de Stanford, inventó una nueva palabra "Populaz" (Popperazzi), utilizada para satirizar al científico que le arranca la piel al tigre de Popper ("Popperazzi" puede). traducirse como "seguidor de Popper", "Azi" o "Razi" significa "acosador").
Este franco y acalorado debate público no es sorprendente. Refleja completamente la actitud de científicos famosos en los círculos académicos actuales hacia la filosofía: algunos intentan utilizar algunos conceptos filosóficos, mientras que otros simplemente abandonan todo pensamiento filosófico, y ni los primeros ni los segundos comprenden realmente estos conceptos filosóficos. En la guerra de la teoría de cuerdas, tenían poca comprensión de la filosofía de la ciencia de Popper y su aplicación a los "problemas de límites". Hoy en día, muchos científicos (especialmente físicos) no tienen una buena opinión de la filosofía. Esto es muy irónico para mí, un "ex científico" que me convertí en filósofo después de una crisis de mediana edad. Hace unos años, Stephen Hawking declaró que la filosofía estaba muerta. El físico Lawrence Krauss se burló de que la filosofía le recordaría el humor negro del comediante estadounidense Woody Allen del siglo pasado: "No se pueden hacer grandes cosas". irán a enseñar; aquellos que no puedan enseñar enseñarán deportes." Los divulgadores científicos Neil de Grasse Tyson y Bill Nye también cuestionaron la filosofía. Creen que los jóvenes están desperdiciando su preciosa juventud al elegir la filosofía como especialidad.
Afortunadamente, esta idea ha surgido recientemente y sólo unos pocos físicos la tienen. En marcado contraste con la actitud arrogante hacia la filosofía entre los físicos modernos antes mencionada, está la actitud de Einstein hacia el mismo tema en una carta de 1944 a su amigo Robert Thornton: “Estoy muy de acuerdo contigo, la metodología científica, la historia de la ciencia y el pensamiento filosófico. sobre la ciencia son de gran importancia y valor educativo Hoy en día, demasiadas personas -incluso muchos científicos profesionales- ven sólo el árbol, no el bosque, sólo las partes y no el todo. Un poco de conocimiento histórico o filosófico también puede aportar. Una perspectiva más amplia que les permite trascender las limitaciones de sus contemporáneos. En mi opinión, es la trascendencia de los tiempos provocada por esta perspectiva filosófica lo que distingue a los "buscadores de la verdad" de los "técnicos profesionales que han dominado una ciencia". cierta tecnología'." En otras palabras, si se mide según los estándares de Einstein, la mayoría de las personas en la comunidad de física moderna pueden ser "técnicos pobres", la verdad real. Hay muy pocos buscadores.
Pero objetivamente hablando, las opiniones de Einstein sobre la filosofía no eran representativas ni siquiera en ese momento, por lo que pueden no tener ninguna importancia práctica hoy en día, sin mencionar que los físicos de la teoría de cuerdas sólo representan una pequeña proporción de la comunidad física. Un grupo pequeño, y mucho menos dejar comentarios en Twitter; pueden ser simplemente la parte más comunicativa del pequeño grupo de físicos de la teoría de cuerdas. Puede verse que sus ataques a la filosofía en realidad no representan la actitud general de la comunidad física. Desafortunadamente, debido a que las mentes más destacadas de todos los campos académicos participan en tales discusiones, pueden fácilmente engañar al público, porque el espectador promedio que no entiende el campo (o incluso un físico que estudia otros temas) sólo puede mirar a través de los científicos. El tema de la teoría de cuerdas estuvo informado por acalorados debates en los medios públicos y revistas de divulgación científica.
En otras palabras, parece haber sólo dos tipos de personas en la comunidad física con las que el público entra en contacto hoy en día: aquellos que desprecian abiertamente la filosofía y aquellos que creen conocer el verdadero significado de las palabras relevantes. filosofía y tienen una alta opinión de sí mismos. Desde esta perspectiva, no sólo está en crisis el pequeño círculo de investigadores en este campo, sino que la sociedad en su conjunto está perdiendo gradualmente su admiración y respeto por la humanidad y la ciencia, por no hablar de los millones de fondos de investigación científica asignados a los físicos cada año. (Por supuesto, los fondos para la investigación científica sólo se asignarán a físicos, no a filósofos). Por lo tanto, en la situación actual, es necesario que reabramos los archivos históricos, examinemos cuidadosamente el significado profundo de la filosofía de Popper y respondamos una pregunta: ¿Cuál es su relación con la ciencia?
Volvamos a la teoría de Popper mencionada al principio del artículo: el criterio para juzgar “ciencia” y “no ciencia” es la falsabilidad. Este estándar parece simple, pero la mala noticia es que es sólo una ilusión. La teoría de Popper se resumió en unas pocas frases y se publicó en Twitter, engañando con éxito a muchos comentaristas inteligentes para que subestimaran seriamente la complejidad de la filosofía detrás de la teoría.
Por ejemplo, la gente define una figura geométrica con un ángulo interior de 180 grados como un triángulo. Esta definición es suficiente y necesaria: siempre que la suma de los ángulos interiores de una figura geométrica sea 180 grados, podemos decir que es un triángulo (suficiencia y si la suma de los ángulos interiores de esta figura geométrica); no es 180 grados, no es un triángulo (necesidad). En opinión de Loudon, no existe tal respuesta a la cuestión de los límites, porque conceptos como “ciencia” o “pseudociencia” son inherentemente complejos, multidimensionales y confusos, sin líneas divisorias claras. En cierto sentido, los físicos que acusan a los "seguidores de Poper" (es decir, los partidarios de la teoría de cuerdas) están de acuerdo con Loudon: el criterio de falsificación de Popper está muy alejado de las circunstancias objetivas. El estándar de "talla única" no es adecuado para distinguir. "ciencia" de "pseudociencia", pero cree que puede distinguir entre teorías científicas sólidas y erróneas en disciplinas de vanguardia como la física teórica.
Sin embargo, permítame refutar nuevamente el punto que dije anteriormente: sé que cambié de opinión muchas veces en este artículo (risas). Popper no es tan miserable como Loudon, Sean Carroll, Leonard Sushkan y otros mencionados anteriormente. Asimismo, las cuestiones de demarcación no son tan inútiles como dicen. Muchos investigadores (incluidos mi antiguo colaborador Martin Boudry y yo) hemos insistido recientemente en que Loudon se apresuró un poco a descartar el problema de la delimitación. Además, todos estamos de acuerdo en que Twitter no es un buen lugar para discutir la filosofía de la ciencia (esto, por supuesto, se refiere a las críticas de Sean Carroll y otros a la teoría de Popper en Twitter), y que allí no se pueden mantener muchas discusiones matizadas.
La buena noticia es que no hay forma de estudiar el tema de la demarcación: siempre que esté dispuesto a abandonar las restricciones de las condiciones necesarias y suficientes, el camino aparecerá inmediatamente frente a usted. Incluso la ola del propio Poole no exigió que la cuestión de la demarcación fuera estudiada en condiciones necesarias y suficientes. Así que no podemos evitar preguntarnos: si se abandonan las condiciones necesarias y suficientes, ¿qué las reemplazará? La respuesta a esta pregunta es la teoría del "parecido familiar" de Wittgenstein. Creemos que tanto “ciencia” como “pseudociencia” son conceptos con características de “parecido de familia”. Ludwig Wittsteingen fue otro gran filósofo del siglo XX. En este tema, Wittgenstein es como otro Popper, aunque el temperamento y el origen socioeconómico de los dos filósofos son completamente diferentes (Traductor: no les diré que la familia de Xiao Wei es súper rica), e incluso sus intereses de investigación también son completamente diferentes. [Si los lectores quieren saber más sobre las diferencias entre estos dos filósofos, pueden consultar una lectura interesante: "Wittgenstein's Poker" (Changchun Press, 2003), escrito por los periodistas David Edmonds y John Ednor)]
Curiosamente, Wittgenstein no dejó ninguna palabra sobre la filosofía de la ciencia, y mucho menos sobre la física fundamental o la filosofía de la historia. Lo que realmente interesaba a Wittgenstein era el "lenguaje", incluido el lenguaje mismo, la lógica del lenguaje y las aplicaciones del lenguaje. Wittgenstein señaló que muchos conceptos prácticos de la vida en realidad no obedecen a las definiciones claras mencionadas por Loudon. Su ejemplo favorito es la palabra engañosamente simple "juego". Si alguien quiere definir la palabra "juego" definiendo un triángulo, sólo le espera una frustración infinita; si el lector no lo cree, puede intentarlo usted mismo y descubrirá que definir "juego" en sí mismo es un "juego" inacabable. ". Wittgenstein escribió: "¿Cómo explicamos a los demás qué son los 'juegos'? Sólo podemos darles algunos ejemplos de juegos y luego agregar: 'Algo como esto, o algo parecido, es un juego'. Somos ignorantes, pero nadie ha trazado deliberadamente tal límite. ¿Podemos trazar límites artificiales, pero esto hace que esta teoría sea más práctica? "
¡La clave del problema! El punto es que, en En muchos casos, los límites existen, simplemente no podemos encontrarlos, lo que hace que "definir el juego" y "definir el método de la ciencia normativa" sean ideales platónicos que siempre existirán en una dimensión metafísica.
A menudo creamos límites para un determinado propósito y luego probamos si son válidos en función del propósito de la creación; al igual que cuando definimos ciencia y pseudociencia, pensamos subjetivamente que existe una diferencia significativa entre ellas, por lo que debemos intentar Trazar una línea entre ellos y enfatizar sus diferencias. Creo que tanto los científicos como los filósofos no tendrán objeciones a la diferencia esencial entre astronomía y astrología, pero la pregunta es: ¿dónde está esta diferencia? O al menos ¿dónde?
De manera similar a la pregunta anterior, muchos científicos que asistieron al simposio de Munich (o, más ampliamente, al debate sobre la teoría de cuerdas) sintieron que las ideas tradicionales de la física fundamental estaban en desacuerdo con lo que afirmaban algunos teóricos de cuerdas importantes. diferencias. El organizador del simposio, Richard David, se opuso a la descripción postempírica de la teoría de cuerdas, de la que es fácil burlarse. En su lugar, aboga por utilizar una "evaluación teórica no empírica". Sin embargo, independientemente de cómo otros elijan estos nombres, David y sus colegas descubrieron que las teorías físicas como la teoría de cuerdas se han desviado de los canales científicos tradicionales establecidos en la época de Galileo. Incluso si la verdad es que el propio Galileo prestó más atención a la investigación teórica (participó en muchos debates teóricos y experimentos mentales, y probablemente nunca completó el experimento de caída libre en la Torre Inclinada de Pisa), sus ideas son absolutamente falsificables, y a los científicos les gusta diseñar experimentos para verificar (el más famoso puede ser el experimento realizado por David Scott durante el alunizaje del Apolo 15: dejó caer una pluma y un martillo sobre la superficie lunar sin aire al mismo tiempo, y ambos aterrizaron al mismo tiempo tiempo.
Entonces una pregunta más importante es: ¿marca esto el comienzo de un nuevo campo científico, o es sólo una breve pausa en la larga historia de la ciencia a los ojos de las generaciones futuras? ¿La física fundamental no es el fin? ¿Porque ya sabemos todo lo que queremos saber, sino porque nuestra inteligencia y nuestra tecnología han llegado a sus límites? Estas son preguntas serias en las que no sólo los físicos y filósofos deben pensar, sino también el público en general. En definitiva, es el público en general quien financia la física básica y otras investigaciones.
Me parece extraño que los científicos y la filosofía estén involucrados en este debate sobre la teoría de cuerdas sobre las aplicaciones y usos incorrectos de los principios filosóficos de la ciencia. No puedo evitar lamentar que estén tratando activamente de atraer más seguidores de la sociedad. Sería fantástico si pudieran dejar de discutir entre ellos y cooperar para usar la sabiduría colectiva, en lugar de atacarse entre sí en varios términos poco profesionales. cooperaron de buena fe; por supuesto, no basta con buscar una mejor ciencia, también deberían haber eliminado las verdaderas pseudociencias: como la homeopatía (la teoría de que una sustancia puede causar síntomas en personas sanas si causa enfermedades en personas enfermas) enfermedades , que se puede curar después de diluirlo y agitarlo) o el espiritismo, etc., estas pseudociencias tan obvias aún persisten (estos, de hecho, merecen un análisis crítico serio por parte de los académicos y ser hechos públicos, tanto por parte de intelectuales como de investigadores en física o filosofía) también tienen una responsabilidad. intentar mejorar la sociedad, porque es una sociedad que los apoya y les permite centrarse en un tema tan difícil como la epistemología o la física teórica
Autor Mo Piliucci
Traducido. por Ye Xuanjia
Revisado por Ding