《物理学的困惑》读后感_4000字_读后感大全

《物理学的困惑》读后感4000字

理论物理学家难做,非常难做。不是因为需要很多的数学,而是因为存在很大的风险。当我们回顾当代物理学史的时候,会一次又一次地看到,做这样的科学不可能没有风险。如果很多人为一个问题奋斗了多年还没找到答案,那可能是答案太难而不那么显而易见,或者就是那问题没有答案。

就我们理解的说,弦理论认为世界与我们知道的根本不同。假如弦理论正确,世界该有更多的维、更多的粒子和更多的力。许多弦理论家在谈话或写作时,似乎都把额外的维和粒子的存在看成了确定的事实——任何优秀科学家都不能怀疑的事实。有个弦理论家不止一次地对我说,“你的意思是你认为可能没有额外的维?”事实上,不论理论还是实验,都没有任何证据表明存在额外的维。本书的目的之一就是要剥去弦理论的这层神秘的外衣。它的思想很美妙,出发点也好,但为了认识它为什么没有带来大的进步,我们必须清楚有什么支持的证据,有什么缺失的东西。

假如弦理论是正确的,理论家们会成为科学史上最伟大的英雄。凭着手头的一些线索——没有一条是确凿无疑的——他们将发现实在远比从前想象的广大。哥伦布发现了西班牙国王和王后不知道的新大陆(当然新大陆也不知道有西班牙皇家),伽利略发现了新恒星和卫星,后来的天文学家发现了新行星。所有这些发现在新空间维度的发现面前都将黯然失色。另一方面,假如弦理论家错了,就不可能是小错。假如不存在新的维度和对称性,我们会将弦理论家归入失败者之流,就像开普勒和伽利略迈步向前时的那些还在研究托勒密本轮的人。他们的故事将警示人们什么不能算作科学,如何才能不让理论猜想超越了理性的极限而走进幻想。

因为弦理论的兴起,从事基础物理学研究的人们分裂为两个阵营。许多科学家继续做弦理论,每年大约有50个新博士从这个领域走出来。但还有些物理学家对弦理论深表怀疑——他们有的从来不看好它,有的则感到绝望,不再相信那个理论能有一个和谐的形式或做出什么真正的实验预言。分裂并不总是友好的。他们都怀疑对方的专业能力和道德水平,现在真正需要做的是维护两家的友谊。

根据我们在学校学过的科学图景,这样的情形不会持续下去。老师教我们,现代科学的总特征就是存在一个引导我们进一步认识自然的方法。偏差与争议当然是科学进步必须经历的,但人们总认为存在一种方法,通过实验或数学来解决争论。可是,在弦理论的情形,这样的机制似乎破产了。弦理论的许多信奉者和评论家们太相信他们的观点了,即使在朋友之间也很难展开诚恳的讨论。他们说,“你怎么会看不见这个理论的美妙呢?一个如此美妙的理论怎么会不正确呢?”这也激起怀疑者们同样剧烈的反应:“你失去理智了吗?你怎么那么坚信随便的一个毫无实验证据的理论呢?你忘了怎么做科学吗?你连那理论是什么都不知道,怎么还如此确定你是对的呢?”

爱因斯坦——当然，他和任何人一样，也是这样想的——强调我们必须区分两类理论：原理理论和构造性理论。原理理论搭建自然描述的框架。根据定义，原理理论一定是普适的，能用于天下万物，因为它确立了我们用于描述自然的语言。不可能有分别用于不同领域的两个不同的原理理论。因为世界是统一的，任何事物最终都与其他事物相互作用，因此只能用一种语言来描述那些相互作用。量子理论和广义相对论都是原理理论。所以，逻辑需要它们的统一。另一类理论，即构造性理论，以明确的模型或方程描述特殊的现象。[插图]电磁场理论和电子理论是构造性理论。这种理论不可能是孤立的，必然建立在原理理论的框架下。但只要原理理论允许，可以存在服从不同定律的现象。例如，电磁场服从的定律就不同于假想的宇宙暗物质（远远超过宇宙中寻常的原子物质的数量）的定律。关于暗物质，我们知道一点：不管它是什么，它都是“暗的”。这意味着它不发光，因此可能不与电磁场发生作用。这样，两个不同的理论可以和谐共存。

问题1：将广义相对论与量子理论结合为一个真正完备的自然理论。这就是所谓的量子引力问题。

问题2：解决量子力学的基础问题：要么弄清理论所代表的意义，要么创立一个新的有意义的理论。

问题3：确定不同的粒子和力能否统在一个理论并将其解释为一个单独的基本作用。

问题4：自然是如何选择量子物理标准模型中的自由常数值的？

问题5：解释暗物质和暗能量。或者，假如它们不存在，那么该如何在大尺度上修正引力理论，为什么修正？更一般地说，为什么宇宙学标准模型的常数（包括暗能量）具有那样的数值？

1984年超弦革命四五年后，又有了许多进展，人们对弦论的兴趣也很快高涨起来。它成了最火爆的游戏。一头钻进来的人们都满怀着雄心和骄傲。有很多新技术等着他们去学，需要投入几个月甚至一年的时间才可能做弦论，这对一个理论物理学家来说是很漫长的时间。认真做的人看不起不做或不能做的（总会有这种想法的）。很快就形成了差不多和宗教派别一样的团体，你要么是弦理论家，要么不是。我们几个人还想坚持走普通路线：有了好想法，我会做下去，而同时也会走别的路线。很难一条路走到头，因为站在潮头的那些人不大愿意搭理我们这些没有加入新潮的人。

然而，行星类比和宇宙学情形还是有一点很大的区别，那就是除了自己的宇宙，我们不知道别的任何宇宙。存在一族宇宙的假设，是不能通过直接观察来证明的，因而不可能用来做任何解释。的确，假如真的存在一族有着随机定律的宇宙，我们就不会惊奇自己生活在我们能够生活的一个宇宙中。但我们生活在适宜于生命的宇宙这个事实，不能用来证明存在一族宇宙的理论。

理论必须做出能被证实或否定的具体而精确的预言。如果预言有很高的被否定的风险，那么证实的意义就十分重大了。如果既不会被证实，也不会被否定，那就没办法继续做科学了。科学怎么会遭遇一片广袤的弦景观呢？这个问题的争论在我看来有三种可能：

1.弦理论是对的，随机多重宇宙也是对的，为了包容它们，我们必须改变科学研究的法则，因为根据通常的科学规范，如果理论没有做出可以证明或证伪它的独特预言，我们就不应该相信它。

2.我们最终会找到一个方法，从弦理论导出真正的可以检验的预言。为了实现这一点，我们可以通过证明确实存在一个独特的理论，或者通过一个不同的能产生真正可检验预言的非随机的多重宇宙理论。

3.弦理论不是自然的正确理论。自然也许最好是由别的某个尚未发现或接受的理论来描述，它能带来真正的最终能被实验证实的预言。

当前的情形就是这样。弦理论潜在地彻底解决了五大问题中的一个，即粒子和力的统一问题。这是弦理论产生的动力，迄今仍然是它最动人的成果。有证据说弦理论为解决量子引力问题指明了方向，但它顶多预示着存在一个更深层的能解决量子引力问题的理论，而不能说它就是那个理论。当前，弦理论还没有解决其余的三个问题。它似乎不可能解释物理学和宇宙学的标准模型的参数。它为暗物质和暗能量提出了一系列可能的候选者，但不能唯一预言或解释它们的任何东西。直到今天，弦理论也无言面对那伟大的奥秘，即量子理论的意义。

面对我们讨论的那些问题，怎么还有那么多聪明人在不懈地为弦理论工作呢？令弦理论家们倾心的一点是理论的美妙或“雅致”。这是一种美学判断，也许人们不会赞同，我也不知道该如何评价它。不管怎么说，它与理论成就的客观评价无关。正如我们在第一部分看到的，很多美妙的理论最后都证明是与自然无关的。

虽然从事这些研究纲领的人（大约300个左右）不像弦理论那么多，还是有很多人在挑战科学前沿的基础问题。20世纪向前的几大步是更少的几个人迈出的。当科学要发生革命时，重要的是思想的质量，而不是信奉者的数量。

弦理论需要在开放的氛围下发展，将其作为若干思想之一，而不要预先对它最后的成功或失败抱任何假想。新物理学精神所不能忍受的是，不顾任何证据而假定某个思想一定会成功。

如果你是那样的人，当你的科学受到挑战，而你的第一反应是“X怎么想？”或“你怎么能那么说？人人都知道⋯⋯”那么你恐怕不再是科学家了。你拿那么多钱做工作，意味着你有责任对你和你的同事们相信的每一件事情进行仔细而独立的评价。如果你不能为你的信仰和行为提出恰当的符合实际的理由，如果你要别人来为你考虑（即使他们德高望重），那么你已经违背了你的道德义务，不再属于科学群体的一员了。你的博士头衔给了你坚持自己观点和做出自己判断的资格。但还不仅如此；它还使你有义务批判性地、独立地思考你力所能及的所有事情。

英国高等教育基金会(HEFCE)决定从2009年起用一种“度量体系”来取代同行评议制度,即以研究成果(论文)的引用数作为评判标准。这当然是更不利于李老师同情的那些叛逆者。

但是解放者的声音,压迫者是听不进的。《淮南子·人间训》讲过一个故事(后来冯梦龙把它编在《智囊》的第一篇):孔子的马偷吃了农夫的庄稼,农夫就把马关起来了。子贡跑去求情,低声下气,人家还不理他。夫子批评他说:“夫以人之所不能听说人,譬以大牢享野兽,以《九韶》乐飞鸟也⋯⋯”李老师的话,对那些科研管理人员和决策者来说,大概就是鸟儿耳朵里的韶乐。其实,管理者们也有自己的逻辑和道理,而且也在像做弦理论一样做“科学的科学”。不过,他们学得最好的还是欧几里得几何,特别擅长以公理的方法来抹平事情。他们似乎发现,最科学的“科学管理”,就是尽可能地“统一标准”,当一切的不公平都以法规的形式定下来后,就没有不公平了。李老师们在博士后经历的磨难,我们的同学从幼儿园就开始经历了。