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“你让开!”舒云鹏瞪着许韵之嚷道。 .

弦论是科学吗?过去十年来,物理学家和宇宙学家一直在争论这个问题。如今,这个社群开始向哲学寻求帮助。

2015年12月初,为了控诉理论物理的部分分支与实验科学脱节的现象,一群吵得不可开交的物理学家找到科学哲学家,一起举办了一个不同寻常的研讨会。按照会议组织者的说法,科学方法的完备『性』以及科学在大众中的形象正处在危急关头。

一年前,南非开普敦大学的宇宙学家乔治·埃利斯(ge ellis)和约翰斯·霍普金斯大学的天文学家约瑟夫·西尔克(joseph silk)在《自然》杂志上发表文章表达对物理学的担忧,称理论物理正遭遇“一个令人担忧的转折”(g. ellis and j. silk?nature?516, 321–323; 2014)。而这次(2015年12月7日至9日)在慕尼黑大学举行的研讨会,就是为了讨论这个问题。

“一旦遇到难以应用到可观测的宇宙的基础理论,”他们写到,一些科学家就会争辩说,“如果一个理论足够优雅并且解释清晰,那它就不需要实验检验”。

会上讨论的第一个问题就是可测『性』。看一个科学理论是否成立,科学家常常会去检验,是否存在一种能在原则上把它排除,或者说将其“证否”的实验。这就是哲学家卡尔·波普尔(karl popper)在20世纪30年代提出的理论。埃利斯和西尔克在文章中指出,某些领域的一些理论物理学家已经偏离了这个指导原则——甚至辩称应放宽验证科学理论之真伪的条件。

“我不让!”许韵之说:“我现在是地球科学界的首席,在这种天象之下,我的意见就是行动准则。就算你是地球人的首脑,你也必须听我的!”

两位作者把弦论作为主要例子。为了使相对论和量子力学相容,弦论用无限细的弦来代替基本粒子。今天的科技无法探测如此微小的弦;但一些人辩论道,即使实验永远不能测出弦的存在,弦论也值得探索,就是因为它看起来是很多难题的“正确”解答。

埃利斯和西尔克同时提到了另一个看似背叛了“波普尔主义”的理论:多重宇宙理论,该理论声称大爆炸产生了许多宇宙,其中大部分都与我们的宇宙迥然不同。

但在开场演讲中,加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的理论物理学家大卫·格罗斯(david gross)说,这两种理论有本质的区别。他把弦论列为“原则上”可以测量的理论,所以完全是科学的,因为弦的存在将来或许可以探测。

他说,更让人感到困扰的是类似“多重宇宙”这样的概念,因为从我们的宇宙很可能观察不到这些假设的宇宙,甚至在原则上都是做不到的。“仅仅因为现阶段无法验证弦论就说它不是科学,这是非常荒谬的。”格罗斯说。格罗斯对于强核力的研究使他在2004年分享了诺贝尔奖,而且该研究在实验中得到了很好的验证。他对弦论也有重要贡献。

来自法国艾克斯马赛大学的理论物理学家卡洛·洛夫里(carlo rovelli)参与了会议,认同“弦论现今不可测不代表不值得研究”的观点。但埃利斯和西尔克的文章的主要针对的是慕尼黑大学哲学家理查德·戴维(richard dawid)在他《弦论与科学方法》(cambridge univ. press, 2013)一书中的观点。戴维写道,弦论学者已经开始遵循贝叶斯统计的原理,即在已有知识的基础上估计特定预测正确的概率,并在不断获得新知识的过程中不断修正预测。但是,戴维指出,物理学家已经开始使用纯粹的理论因素(比如理论的内在自洽『性』,或者缺乏可靠的替换者)来修正预测,而不是依据真实的数据。

舒云鹏一把抓住许韵之,双手抓住她的身体,很轻松地把她扔到了长沙发上。他大步走向门,但在门口,急速窜起的许韵之已经紧紧搂住他的后腰。

近距离伽马暴可能灭绝任何比微生物更加复杂的生命形式。由此,两位天文学家声称,只有在大爆炸发生50亿年之后,只有在10%的星系当中,才有可能出现类似地球上这样的复杂生命。

宇宙或许比先前人们想象的要更加孤单。两位天体物理学家声称,在可观测宇宙预计约1000亿个星系当中,仅有十分之一能够供养类似地球上这样的复杂生命。而在其他任何地方,被称为伽马暴的恒星爆炸会经常『性』地清除任何比微生物更加复杂的生命形式。两位科学家说,这些的爆炸还使得宇宙在大爆炸后数十亿年的时间里,无法演化出任何复杂的生命。

科学家一直在思考这样一个问题,伽马暴有没有可能近距离击中地球。这种现象是1967年被设计用来监测核武器试验的人造卫星发现的,目前大约每天能够检测到一例。伽马暴可以分为两类。短伽马暴持续时间不超过一两秒钟;它们很可能是两颗中子星或者黑洞合二为一的时候发生的。长伽马暴可以持续数十秒钟,是大质量恒星耗尽燃料后坍缩爆炸时发生的。长伽马暴比短伽马暴更罕见,但释放的能量要高大约100倍。长伽马暴在短时间内发出的伽马『射』线,可以比全宇宙都要明亮。

持续数秒的高能辐『射』本身,并不会消灭附近一颗行星上的生命。相反,如果伽马暴距离足够近,它产生的伽马『射』线就有可能触发一连串化学反应,摧毁这颗行星大气中的臭氧层。没有了这把保护伞,这颗行星的“太阳”发出的致命紫外线就将直『射』行星地表,长达数月甚至数年——足以导致一场大灭绝。

这样的事件发生的可能『性』有多高?在即将发表在《物理评论快报》(physical review letters)上的一篇论文中,以『色』列希伯莱大学的理论天体物理学家斯维·皮兰(tsvi piran)和西班牙巴塞罗纳大学的理论天体物理学家保罗·希梅内斯(raul jimenez)探讨了这一灾难『性』的场景。

天体物理学家一度认为,伽马暴在星系中气体正迅速坍缩形成恒星的区域里最为常见。但最近的数据显示,实际情况要复杂许多:长伽马暴主要发生在“金属丰度”较低的恒星形成区域——所谓“金属丰度”,是指比氢和氦更重的所有元素(天文学家所说的“金属”)在物质原子中所占的比例。

利用我们银河系中的平均金属丰度和恒星的大致分布,皮兰和希梅内斯估算了银河系内两类伽马暴的发生几率。他们发现,能量更高的长伽马暴可以说是真正的杀手,地球在过去10亿年间暴『露』在一场致命伽马暴中的几率约为50%。皮兰指出,一些天体物理学家已经提出,可能正是伽马暴导致了奥陶纪大灭绝——这场发生地4.5亿年前的全球灾变,消灭了地球上80%的生物物种。

接下来,这两位科学家估算了银河系不同区域内一颗行星被伽马暴“炙烤”的情形。他们发现,由于银河系中心恒星密度极高,距离银心6500光年以内的行星在过去10亿年间遭受致命伽马暴袭击的几率高达95%以上。他们总结说,复杂生命通常只可能生存于大型星系的外围。(我们自己的太阳系距离银心大约2.7万光年。)

其他星系的情况更不乐观。与银河系相比,大多数星系都更小,金属丰度也更低。因此,两位科学家指出,90%的星系里长伽马暴都太多,导致生命无法持续。不仅如此,在大爆炸后大约50亿年之内,所有星系都是如此,因此长伽马暴会导致宇宙中不可能存在任何生命。

90%的星系都是不『毛』之地吗?美国沃西本恩大学的物理学家布莱恩·托马斯(brian thomas)评论道,这话说得可能有点太过。他指出,皮兰和希梅内斯所说的伽马『射』线照『射』确实会造成不小的破坏,但不太可能消灭所有的微生物。“细菌和低等生命当然有可能从这样的事件中存活下来,”皮兰承认,“但对于更复杂的生命来说,伽马『射』线照『射』确实就像按下了重启按钮。你必须一切重头开始。”

皮兰说,他们的分析对于在其他行星上搜寻生命可能具有现实意义。几十年来,seti研究所的科学家一直在用『射』电望远镜,搜寻遥远恒星周围的行星上可能存在的智慧生命发出的信号。不过,seti的科学家主要搜寻的都是银河系中心的方向,因为那里的恒星更加密集。而那里正是伽马『射』线导致智慧生命无法生存的区域。皮兰说,“或许我们应该朝完全相反的方向去寻找。”

“你放手!”

人世天劫

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