爱因斯坦的理性主义及其对弦论的影响(2)

西方用纯理性来把握自然规律的传统并不是自爱因斯坦始,爱因斯坦作为和牛顿一样划时代的人不过成了一种象征,当然,他的广义相对论的巨大的成功给他带来对理性的空前的相信。他的名言:“宇宙中最不可理解之处的就是宇宙可以理解”说明了用纯粹思维可以把握宇宙,进而使得他相信:“某种意义上,我相信,纯粹思维可以把握实在,如同古人梦想的那样。”进一步,他说:“一个象我这样的人存在的意义不能以他做了什么或者他的经历作判断,而是根据他思考什么和如何思考去判断。”

爱因斯坦的纯粹思维其实是包括了实验的影响,理论必须建立在实验的总和上,而仅仅以实验本身出发是无法达到理论的高度的。也就是说,概念是纯思维的产物,而不是实验的产物。另一方面,用没有实验的纯粹思维来总结自然规律在希腊就有了,到了亚里士多德那里,纯粹思维居然得出重的物体下落得快,轻的物体下落得慢得结论,这要等到伽利略来做实验才知道是错的。我们通常说西方科学起源于培根,那是因为培根将实验提高到它们应得的位置上去。

另一个现代科学之父是笛卡儿,笛卡儿同样强调要拒绝纯粹的假设以及带有情感色彩的信念,而只接受通过系统的实验得到的想法(我想当时所谓民科思维方式太流行了,所以需要笛卡儿这样的人专门反对这种思维方式)。当然,笛卡儿更为著名的是强调理性思维,“我思,故我在。”

我经常喜欢讲的一个故事就是关于概念如何只能是思维的产物的,更具体地说,物理学中的可观测量取决于理论本身。我们知道,海森堡在建立矩阵力学时发现,所谓的原子中的电子轨道不是可观测到的物理实在,只有轨道之间的跃迁几率才是可观测量,因为这些量与电子发出的光的强度有关。在他的理论中,跃迁振幅可以写成厄米矩阵。后来量子力学系统发展出一个重要的概念,只有厄米算苻才是可观测量。海森堡在建立矩阵力学的过程中深受爱因斯坦早年建立狭义相对论的影响,因为在狭义相对论中,时间只有在作了操作性的定义后才是一个物理量。海森堡在见到爱意斯坦时对后者说,你的“理论中只允许可观测量存在”对我的量子理论有很大的影响,爱因斯坦听后对海森堡说“我已经改变了看法,只有理论才能决定什么是可观测量。”爱因斯坦无疑也是对的,因为可观测量是理论结构的一个重要部分。

弦论在前一段时间遇到的德西特空间的挑战,其中一个关键难题是,德西特空间不能包容我们熟知的可观测量,也就是量子场论中的散射矩阵。德西特空间在某种意义上是一个有限的空间,在一个有限的空间中,我们不能定义量子场论中的绝热渐近态,也就无从定义散射矩阵。有一些激进的人如Susskind,觉得应该放弃德西特空间。我觉得我们应该从爱因斯坦所说的中找到解决问题的途径,既然过去的理论决定的可观测量可能与观测矛盾,何不寻找新的理论结构?

另一方面,弦论研究者将爱因斯坦的“纯粹思维可以把握实在”发挥到了极致。在宇宙学家们利用超新星作为标准烛光发现暗能量之前,弦论家们一直坚信宇宙学常数等于零,因为这似乎是弦论中唯一可以理解的结果-当然,弦论直到今天也无法给出宇宙学常数等于零的理论。Witten在暗能量发现的几个月前还在说,一个不为零的宇宙学常数难以置信。后来,A. Zee喜欢嘲笑这些自以为世界上最聪明的人:“理论界最好的最聪明的人错过了一个预言不为零的宇宙学常数的黄金机会,这个机会如同年轻的施温格计算电子反常磁矩的黄金机会一样。”[1]

[1] A. Zee, hep-th/0403064 , Mod. Phys. Lett. A19 ( 2004) 983.

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关于 李淼

中国科学院理论物理研究所研究员
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爱因斯坦的理性主义及其对弦论的影响(2)》有 57 条评论

  1. 李淼 说:

    blueness:

    你的这个问题是很好的问题,我觉得要解决这个问题得看具体的实验如何观测这个量,也许有两种不同的方法,导致不同对应的观测量。毕竟,象x^3p这样的量并不容易直接观测。

  2. blueness 说:

    谢谢您的答复^_^

  3. 长歌-废墟 说:

    海森堡在见到爱意斯坦时对后者说,你的“理论中只允许可观测量存在”对我的量子理论有很大的影响,爱因斯坦听后对海森堡说“我已经改变了看法,只有理论才能决定什么是可观测量。”
    这句话,我建议李老师参考一下《爱因斯坦文集》(第一卷)里面的翻译,感觉不是太好。
    另:建议李老师以后如果重版《超弦史话》检查一下词句,我发觉里面有一些纯粹文法上的不通畅^_^。

  4. 李淼 说:

    长歌-废墟:

    你的建议很好,可惜我没有爱因斯坦文集,而且每句话都去参考别人的翻译不是我写博客的风格,那样的话我不要做研究了 :-) 。超弦史话当初在网上写的确比较仓促。也许会重版,我不会下太多功夫,因为有时间的话打算写一本更通俗的书。不过,还是感谢你的建议。

  5. 随感 说:

    在宇宙学家们利用超新星作为标准烛光发现暗能量之前,弦论家们一直坚信宇宙学常数等于零,因为这似乎是弦论中唯一可以理解的结果-当然,弦论直到今天也无法给出宇宙学常数等于零的理论。Witten在暗能量发现的几个月前还在说,一个不为零的宇宙学常数难以置信。后来,A. Zee喜欢嘲笑这些世界上最聪明的人:“理论界最好的最聪明的人错过了一个预言不为零的宇宙学常数的黄金机会,这个机会如同年轻的施温格计算电子反常磁矩的黄金机会一样。”
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    Zee 的嘲笑看起来不错,但是这两件事还是不可比的。预言不为零的宇宙学常数超出了全部当代物理学,而且现在还不知道要超出多少年;只有Weinberg的“人择原理”的argument也许算是瞎猫蹭着了死耗子的边(数量级没差太多,但是否算预言很难说)。而计算电子的反常磁矩,当年根本没有难到这个地步。暗能量(或不为零的宇宙学常数)是上帝对全体人类的警示,对Theory of Everything的嘲笑。自从发现暗能量之后,弦论家们再没人敢提到甚至暗示Theory of Everything了。Landscape论的出现,可算是对Theory of Everything的反思,虽然令许多人不感冒,觉得退得太过分了。

  6. 变大 说:

    觉得太过分了。喜欢嘲笑这些世界上最聪明的人

  7. Tao Honker 说:

    呃,徐一鸿和Witten是什么关系呢?

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