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探问霍金放弃“终极理论”-科学故事


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  著名物理学家、英国剑桥大学教授霍金宣称放弃对“终极理论”的追求,过去他认为人们很快就能找到一个至少能在原则上描述、预测宇宙中所有事物的终极“万有理论”,而现在他认为,人们永远都获得不了这样的理论。霍金这一最新论断在科学界引起不小震动,可以说仁者见仁,智者见智,科技日报对此也有文章进行过报道。本文将探寻霍金放弃终极理论的原因。

  是终级的起点

  还是终极的完成

  终极理论这个概念包含有两个相反的含义:

  一个含义是:理论的“起点”达到终极。例如:《几何学》是从“点”概念开始,推导出“线”、“面”“体”等,直至推导出几何学全部学科体系,“点”就是这门学科达到终极的“起点”。相对几何学这门学科,这就是“终极起点”的“终极理论”概念。

  另一个含义是:终极地“完成理论”。理论已把所有问题都解决,没有不可证明的问题,如霍金放弃的“终极万有理论”,这是“终极完成”式的“终极理论”概念。

  绝大多数科学家追求的“终极理论”都是指“终极的起点”。因为宇宙之大,未知无尽,不可能有“完成的理论”。牛顿曾经说过:“自然哲学的任务,是从现象中求论证,从结果中求原因,直到我们求得最初的原因为止。”

  温伯格说:“终极理论只能在一个意义上说是终极———它把某一种科学探索引向终点:那是一种古老的探索,探索那些不可能有更深层原理来解释的原理。”这个“不可能有更深层原理来解释的原理”就是“起点”。

  霍金过去也是追求“终极的起点”,他曾宣称:存在一种可以把所有自然规律都以一个单一的、优美的数学模型表示出来的“终极理论”,也许简洁到在一件T恤衫上就能打印出来。

  现在,霍金又放弃了这一追求,理由是“一个物理理论乃是一个数学模型。因此如果有数学命题不能证明的话,那就有物理问题不能预测……我很高兴我们寻求知识的努力永远没有终点,我们始终都有获得新发现的挑战。”这反映出霍金追求的目标从“终极的起点”转向了“终极的完成”。

  霍金对“终极理论”的理念上产生反转,使他自己陷入自相矛盾之中,最终滑向不可能实现的“终极完成”式的“终极理论”。

  时间与空间

  是相联还是撕裂

  牛顿认为定律不是孤立的,所有定律之间都有因果关系,因此只要找出一个核心定律(最初因),就能从它推导出所有定律。第一层先推导出数个外围定律;第二层,每个外围定律又推导出数个定律;第三层,第四层……最后就把所有实验定律一一推导出来,而实验定律又可以推导出宇宙万物。这就是牛顿的终极理论,也是爱因斯坦“用单纯的演绎方法”建立世界体系的构想。

  这里内层定律是“原因”,被推导出来的外层定律是“结果”,定律之间是因果相连。实际上科学并不是从核心开始的,而是从外层的实验向内层核心寻找。通过实验可以找出实验定律,但是再向内层找定律,就无法采用实验方法,只能从实验定律(结果)向内层找它的根定律(原因),这就是牛顿的“从结果中求原因”。这是反向推理求根的过程:数个实验定律归根于一个第三层定律,数个第三层定律又归根于一个第二层定律,直到最后全部回归到核心定律(最初因),这就是“直到我们求得最初的原因为止”。从最初因开始推理所以称“起点”;推理过程称“演绎”。

  在他的终极理论构想中,各种定律从核心定律向外一层一层推理,各种定律分别在不同层次上。

  而霍金及许多科学家要把不同层次的定律合成一组数学式,这显然是办不到的,不同层次的问题根本不可能合在一起。“核心定律”向外像树那样一枝又一枝分出支节,当分解到物理定律时,已变的千差万别,毫不相连,这就导致定律无法在下层直接合并。如:量子化定律与引力定律是二个分支无法直接合并,然而霍金却要把这两个定律直接合并,建立“量子—引力”理论。

  霍金认为终极理论最大的困难是无法将万有引力与另外三种力合并,其实根本不必合并,因为按照牛顿方法只要沿着分支找主干,就能将所有分支定律统一。

  霍金是直接把定律合并,而牛顿是把定律因果排序找最初因。这是两种完全不同的方法,反映了二者终极理论构造不同。

  宇宙主体构架是量子化结构(不连续的量子世界),构件之间采用“连续的”过度(相对论及牛顿世界);相对论及牛顿的“时间”与“空间”相联,是“确定性”状态,当“时间”与“空间”撕裂,是“非确定性”状态;而在“撕裂”状态下又产生两个极端,量子力学(微观世界)及天文学(宏观世界)。“决定论”是“时间”与“空间”相联的结果,“非决定论”是由于“时间”与“空间”撕裂导致。由于不清楚它们之间的因果关系,霍金被迫放弃终极理论。


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