《自然》：纯理论研究脱离实验验证将危及科学

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2014年，物理学领域的讨论转了一个令人担忧的圈。其中，困难的问题是将基本理论应用到观测到的宇宙中。一些研究者呼吁改变理论物理研究应该如何进行。他们公开争辩说，如果一个理论是经典的并且足够有说服力，它就不需要经验来验证。这打破了将科学知识定义为“经验验证”的悠久哲学传统。

作为回应，南非开普敦大学应用数学名誉教授乔治·埃利斯和巴黎天体物理研究所及美国马里兰州巴尔的摩约翰·霍普金斯大学的物理学教授乔·西尔克最近在《自然》杂志上发表了一篇联合文章。他们说，正如科学哲学大师卡尔·波普尔所说:理论只有经过检验才能成为科学。

弦理论

弦理论解释了极微小的线性“弦”(一维空间实体)和膜(高维膨胀)如何存在于高维空间中。这成为了所有物理学的基础。然而，更高的维度是如此紧密地缠绕在一起，如此微小，以至于将来通过与几乎任何粒子探测器的碰撞所获得的能量都很难被观察到。

一些弦理论可以通过实验从理论上得到验证。例如，弦理论的核心，费米子和玻色子之间的假设对称性-超对称性-推测每个粒子都有一个未被观察到的伙伴。然而，目前，位于瑞士日内瓦的欧洲粒子物理实验室的欧洲核中心的大型强子对撞机(LHC)还没有发现这样的伙伴粒子。LHC可以限制超对称的可能能量范围。

理论家和哲学家理查德·道伊德认为弦理论的准确性可以通过对研究过程的哲学和概率讨论来建立。通过引用贝叶斯分析，即一种用于推断解释与一组事实相符的可能性的统计方法，道伊德认为概率增加的确定等同于一个理论是否真实或可行。但是这种概率的增加可能完全是理论上的。因为“没有人找到更好的选择”和“过去没有选择性的理论通常是可行的”，他推断弦理论应该被纳入有效范畴。

埃利斯和西尔克认为这是规则的改变。Dawid不相信当观察证据出现时，科学理论会逐渐得到支持。相反，他认为理论上的发现支持了从数理逻辑得出的结论不一定适用于现实世界的观点。然而，从宇宙稳态理论到粒子物理学的大统一理论，实验已经证明许多美丽而简单的理论是错误的。关于这个世界的先入之见可以在没有既定事实(归纳)的情况下推导出来的观点已经被波普尔和其他21世纪的哲学家推翻了。

科学家不知道是否有其他的替代理论，也许他们还没有被发现，也许这些前提是错误的。如果引力——一种时空曲率的影响不同于控制粒子的强力、弱力和电磁力，那么就不需要四种基本力和粒子的整体理论。由于存在如此多的变量，弦理论的定义至今还没有弄清楚:在埃利斯和西尔克看来，可能有弦理论所提倡的统一理论，即一张不能兑现的期票。

多元宇宙学

多元宇宙理论认为，有数十亿个看不见的姐妹宇宙，这些常数的所有可能值都会出现在那里。因此，不管多么不可思议，在某个地方有一个和我们生活的空间相似的友好空间。

一些物理学家认为，作为许多其他奇怪耦合现象的解释，多元宇宙理论没有更复杂的对手。例如，很难解释宇宙常数的低值，它比量子场论预测的值低120个数量级。

2014年初，主张多元宇宙和多元宇宙假说的宇宙学家肖恩·卡罗尔认为波普尔的证伪标准是一个“无聊的工具”。他提出了另外两个条件:科学理论应该是“精确的”和“经验的”。所谓的确定性指的是对现实在理论上如何运作的清晰而明确的看法。至于所谓的积极，卡罗尔同意习惯的定义，即一个理论应该通过解释数据的能力来判断真假。

他认为在宇宙后院难以接近的地方可能会有“惊人的效果”，解释了科学家所能看到的，也就是为什么宇宙常数如此之小。这个理论有许多可以调整的变量，所有可能的宇宙参数组合都可能存在于某个地方。其他理论，如爱因斯坦广义相对论的修正版“重力模量”，也可以解释为什么宇宙常数不大。

一些人发明了可验证的多元宇宙理论:如果宇宙的负空间曲率被证实，物理学家李奥纳特·苏士侃的多元宇宙版本可以被证伪。但是这些发现不能证明多元宇宙理论的其他版本。基本上，多元宇宙的解释依赖于弦理论，而弦理论尚未得到证实。同时，它也依赖于在不同的姐妹宇宙中实现不同物理现象的推测机制。埃利斯和西尔克认为，这种推测机制本身并不充分，更不用说通过实验验证了。

物理学家休·平提出的量子世界多元宇宙理论是终极量子多元宇宙。在这个世界上，量子可能会影响宏观世界。据弗拉特说，薛定谔的著名猫——死的和活着的，死于毒品的，或者不是通过随机的放射性衰变关在盒子里的——在他们的世界里都是真实的。每次你做出选择，即使选择左或右是常见的，一个选择性的量子真空宇宙会出现并适应另一个动作。

在埃利斯和西尔克看来，宇宙学家应该注意数学家大卫·希尔伯特的警告，即尽管无限需要完整的数学，但它并不存在于物质世界中。

是否需要验证

埃利斯和西尔克同意理论物理学家萨宾·豪森菲尔德的观点，即后经验科学是一个矛盾。一些理论，如量子机制和相对论，最终被证明是有效的，因为他们的猜想得到了检验。然而，无数的历史案例表明，由于缺乏足够的数据，一些经典而有吸引力的观点已经把研究人员引入歧途，从古希腊天文学家和地理学家托勒密的宇宙起源论到英国物理学家和数学家开尔文的原子“涡旋理论”到英国天文学家弗雷德·霍伊尔的永恒稳定宇宙理论。

他们指出，过分宣传某些理论的重要性会产生深远的后果——将科学方法置于危险之中。宣传一个理论足够完美，可以在没有任何数据和测试的情况下存在，这将有误导学生和公众如何做科学的风险。这也可能为伪科学家打开大门，让他们说他们的想法也符合类似的条件。

我们做什么呢物理学家、哲学家和其他领域的科学家应该想出新的科学方法来应对现代物理学的范围。埃利斯和西尔克认为，事情可以归结为一个可以澄清的问题:是什么潜在的观察或实验证据让你相信一个理论是错误的，并让你放弃它？没有这样的证据，它就不是一个科学理论。

这个问题必须用正式的哲学术语来表达。埃利斯和西尔克认为，应该在2015年召开一次会议来迈出第一步。关于可验证性的争论双方的科学家都应该参加。(李冯公主)