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科学理论一定要具备可证伪性吗?

是什么决定了一个想法是否合理科学?这个问题已经被哲学家和科学家广泛讨论过,这是因为它不仅仅是一个抽象的概念,“是什么使一些设想变得科学或者不科学”决定了它是否应该在课堂上教授或者由获得研究资助。

在大多情况下,答案相对简单。例如,与阴谋论相反,地球不是平的。所有的证据都支持地球是个球体,因此,基于地平论的陈述是不科学的。

然而,在某些情况下,应该在何处以及如何划定科学界线始终被热议。其中一个标准是由著名科学哲学家卡尔·波普(Karl Popper)提出的,他认为科学理论必须“可证伪”。

科学理论的可证伪性

科学理论一定要具备可证伪性吗?

卡尔·波普

波普在他的经典著作《科学发现的逻辑》(The Logic of Scientific Discovery)中写道,一个不能被证明是错误的理论,即一个能足以涵盖所有可能的实验结果的理论,在科学上是无用的。他认为,一个科学观点必须包含其自身被推翻的关键:它必须做出可以检验的预测,如果这些预测被证明是错误的,那么,这个理论就必须被抛弃。对于无法证伪的科学理论,必然是错误的,需要被抛弃。

然而,这种可证伪性要求给理论物理的某些领域留下了什么?

例如,弦理论涉及的物理是非常小的长度尺度,任何可预见的实验都无法达到。宇宙暴胀理论解释了可观测宇宙的许多特性,但它本身可能无法通过直接观测得到验证。一些批评家认为,这些理论是不可证伪的,因此,它们具有可疑的科学价值。

可证伪性的缺陷

科学理论一定要具备可证伪性吗?

与此同时,许多物理学家与科学哲学家站在同一立场,他们指出波普的模型存在缺陷,因为可证伪性在识别明显的伪科学方面最有用,比如地平论,但在判断从科学既定范式中发展出来的理论方面,相对不那么有用。

新罕布什尔大学的理论物理学家Chanda Prescod-Weinstein表示:“我们应该担心自己的傲慢,可证伪性很重要,但要记住,大自然是为所欲为的。在我看来,任何一代人认为自己已经解决了所有能解决的问题,都是极度自大的。”

麻省理工学院的粒子物理学家Tracy Slatyer对此表示赞同,她极度担心,可证伪性可能会阻止新想法的萌芽,扼杀创造力。Slatyer指出:“在理论物理学中,我们所研究的绝大多数想法都是错误的。它们可能是有趣的想法,可能是美好的想法,可能是华丽的结构,只是在我们的宇宙中无法实现。”

粒子与实践哲学

以超对称(SUSY)为例。超对称性是粒子物理标准模型的扩展,其中每个已知粒子都与一个对应的超对称粒子配对。该理论是时空数学对称性的自然产物,其方式与标准模型本身相似。它在粒子物理学中得到了很好的证实,即使超对称粒子可能超出了物理学家的实验范畴。

科学理论一定要具备可证伪性吗?

超对称理论可能会解开现代物理学中的一些重大谜团。首先,由于这些超对称粒子的存在,使得希格斯玻色子的质量比量子力学预言的要小。

俄克拉荷马大学的物理学家Howard Baer指出,量子力学认为希格斯玻色子的质量应该高到可能的最大质量尺度。这是因为在量子理论中,质量是许多参与相互作用的不同粒子的贡献结果,而希格斯场赋予了其他粒子质量,并积累了许多这样的相互作用。然而,希格斯粒子的实际质量并不大,这需要一个合理的解释。

如果超对称粒子出现在一定的质量范围内,它们对希格斯粒子质量的贡献自然而然地解决了这个问题,这一直是超对称性理论的一个论据。到目前为止,大型强子对撞机还没有发现任何在自然性范畴内的超对称粒子。

然而,超对称的广义框架可以允许更大质量的超对称粒子,而这些粒子有可能被大型强子对撞机探测到,也可能探测不到。事实上,如果放弃了自然性,超对称理论根本没有提供一个明显的质量尺度,这意味着超对称粒子可能超出了人类已有的粒子加速器的探测极限。这一点让一些人感到不安,如果没有明显的质量尺度来指导对撞机找到超对称粒子,那么,这个理论是可证伪的吗?

科学理论一定要具备可证伪性吗?

暗物质研究也面临同样的问题。尽管有强有力的间接证据表明,有大量的物质在所有波段的光都是不可见的,但粒子实验尚未发现任何暗物质粒子。暗物质粒子可能是无法直接探测到的。一些物理学家认为,我们需要考虑另一种引力理论。

暗物质模型可以成立或者被推翻,但到目前为止,暗物质模型经受住了所有的考验。没有其他的引力理论可以解释简单的暗物质模型所能解释的所有现象——从星系的行为到宇宙微波背景的结构。物理学家接受暗物质的概念,因为它能起作用。

理论是否科学该由谁决定?

科学理论一定要具备可证伪性吗?

加州理工大学的宇宙学家Sean M. Carroll认为,不少非常有用的理论都有可证伪和不可证伪的预言。有些可能在原则上是可测试的,但在现有科技水平无法实现。很多粒子物理模型都属于这一类,但这并不妨碍物理学家发现它们的用处。超对称作为一个概念可能是不可证伪的,但在广义框架内的许多特定模型肯定是可证伪的。目前有关暗物质存在的证据都是间接的,即使从未直接发现暗物质粒子,这些证据也不会消失。

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