“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和约翰斯霍普金斯大学的天文学家约瑟夫西尔克在自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”。而这次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在他弦论与科学方法一书中的观点。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45亿年前的全球灾变,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。
其他星系的情况更不乐观。与银河系相比,大多数星系都更金属丰度也更低。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,st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,st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!”