理论科学与实用科学——听Brian Greene演讲有感

昨日所里邀请Brian Greene来演讲。时间虽是周日,地点虽在山上,演讲大厅仍是座无虚席。Greene的讲题是弦论的现状,一场听下来仍觉意犹未尽。

最早知道Greene其人是在十几年前。那时中国有一股随着Hawking的名气兴起的宇宙学热潮。我曾去买了一本《时间简史》的中译本,湖南某出版社出版。该出版社当时翻译推出了一系列宇宙学科普读物,其中就有Greene的《The Elegant Universe》,当时这本书名被翻译成《宇宙的琴弦》。虽然这个译名确实elegant,但与英文名意思完全不同,以至于那之后好多年我都以为这其实是两本不同的书。

TheElegantUniverse昨日的听众大多都是科研领域内的学生和工作者,Greene用了相对多的物理语言,例如时空涨落与时空尺度成反比;弦论通过在弦的振动基态上对称破缺生成基本力和基本粒子等。我周围工程系、生物系出身的人们听到这一部分时很多都睡着了。广义相对论,或者说统一场论与量子力学不调和的地方就在时空微分是否收敛。弦论解决这个矛盾的方法是在时空设定了一个最小单位,这个单位就是弦。Greene工作的Calabi-Yau空间中弦由六维表述,因此毫不奇怪弦论的结果中可以由于蕴含的暗能量的强度不同有许许多多宇宙存在。暗能量被认为是宇宙加速膨胀的原因。宇宙加速膨胀则是2011年诺贝尔物理学奖的主题。演讲里Greene还叙述弦论发展的历史。弦论的相关研究文章都是从某个模型出发推导物理定律,然后与标准模型比较。成千上万的模型被验证,没有一个和我们看到的宇宙相符。这一点上我感觉Greene的总结是对的,包括Higgs模型在内,这些模型都不是第一性的,都是先有某些基本物理假设企图要结果符合现有的观测,是唯象弦论。

听讲期间我又对狭义相对论向广义相对论的发展有了新的体会,此不详述。回家的路上我想了一些与哲学稍有关的问题。《维特根斯坦的拨火棍》读后感里曾提到波普的科学必可证伪原则。我不明白不观测其他维度如何能对弦论证伪。如果所有的观测都只停留在我们的维度上,弦论只要变换一下模型就可能做出一个四维时空的投影与观测相符。这就如同说死后有灵魂世界,不论有什么反对意见都可修改死后世界予以相容,反正那个世界也不能直接探测到。这根本没法证伪。

那天更感叹的是标题所写。对于一般大众,科学必然是能拿来用的,这在中国社会尤其如此。很多人就曾问过我“你研究什么的?有什么用?”我拙嘴笨腮,常常解释不清。若是一面之交随意敷衍过去也就算了,将来妻子儿女问起或是其他躲避不开的场合到底该怎样回答?我不知道。即便是Greene这种科普大家,公众听了他的演讲能够明白统一场论、标准模型、弦论、黑洞熵这些是在研究什么吗?更重要的,他们会觉得这些有用吗?我尝试用小人之心揣度了一下,认为他们不能理解这些到底有什么用。

科学的研究方法是求实,所以科学研究的成果可以用来改造世界;但科学 研究的内在精神动力却仍是形而上式的信仰。理论newton科学、基础研究去理解宇宙的规律,实用科学运用所理解的规律改造世界。大众只在乎改造世界的科学,而不关心理解世界的科学。常识告诉我们牛顿伟大,你若问牛顿伟大在哪里呢?恐怕很多人只能想起来牛顿发现了苹果落地这种符号化的常识。苹果落地谁发现不了,有何伟大?牛顿的伟大在于他理解了一个普遍规律,这个规律可以解释小到苹果落地、大到日月运行的各种现象。牛顿发现了这些有什么用呢?他能让苹果不落地而自动的落入我们嘴里,免去采摘的麻烦吗?他能操纵日出日落以便自由控制庄稼的成熟期吗?很遗憾,牛顿没有做到这些。可他仍然伟大,科学史上顶伟大的一人。

我曾在读过一篇论文后联想起Boltzmann的学术贡献。自他建立统计力学至今已过了一百年,大众还是很难明白他的学说的“用处”。物理学界在这一百年里先是沿着统计的方式研究微观现象,揭开了量子力学的世界。之后那些量子论先驱们的工作,除了Schroedinger假象的那只半死半活的猫引起的神秘猜想外,我想不出还有什么是大众认为“有用”的。而正是量子论解释了原子能带和跃迁涨落,奠定了半导体工业发展的基础。半导体的高速发展才带给我们电脑、手机的便利和信息化时代的来临。

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理论科学对宇宙的理解总会对现实世界有用处,可如何去用这些理解往往不是基础研究所关心的问题。这些用处最后还是只在有商业价值的技术中体现。因此在我们所处的商业化社会里,商界巨子、明星偶像对大众拥有更大的现实影响力是最自然的事情。

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