霍金:哥德尔和物理学的终结

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  本次演讲中,我不想 问的是,你们在追求理解和知识方面能走多远:你们否是 能最终发现一套完备形式的自然规律?我所说的完备形式是指一套规则,哪此规则至少原则上可使你们任意精确地预测未来,了解任一时刻宇宙的状况。

  决定论流传久远

  从亚里士多德往后,哲学家和科学家都突然 然后定性地认识规律。牛顿在1687年发表了含晒 其万有引力理论的《自然哲专学 原理》,正是牛顿的你这人 著作使你们刚开始来定量和精确地认识规律。这意味着了“科学决定论”思想,你这人 思想至少是由拉普拉斯最先表达的。机会在某一时刻,有一一哪几个 人知道宇宙中所有粒子的位置和数率,只有 根据科学规律你们就能计算得出它们在任何其它时刻的位置和数率,无论是过去还是未来。

  20世纪初期,一系列的科学发现诸如放射性原子的衰减似乎是随机发生的,使决定论思想濒于破产,用爱因斯坦的语言来说,似乎是“上帝在掷骰子”。不过,科学界通过重新定义哪此是对宇宙的完派发解及更改目标,重新挽救了决定论。这主然后狄拉克的贡献。

  狄拉克表明,薛定谔和海森堡的工作需要整合到对着实进行描述的新图景——量子理论中。在量子理论中,有一一哪几个 粒子然后像在经典牛顿理论中那样用位置和数率有一一哪几个 量来描述,然后用单一量——波函数来描述。

  打了折的决定论

  波函数给出粒子机会在某一些突然 再次出现的概率和从有一一哪几个 点到另有一一哪几个 点之间运动数率变化的概率,你们需要在波函数中求解到精确的位置机会精确的数率,但只有一起取舍两者。乍看这似乎是使完整的决定论变得不机会。机会你们只有一起精确地知道粒子在某一时刻的位置和数率,为什么在么在能预测其未来状况呢?或者在量子理论中,你们需要一起知道位置和数率有一一哪几个 量。机会有一一哪几个 人知道物理规律及某一时刻的波函数,那他就可用薛定谔方程计算出该波函数随时间变化有多快,进而计算出任何其它时刻的波函数。

  你们或者需要宣称这还是并完整都是决定论,不过你这人 决定论是并完整都是打了折的决定论。机会你们只有精确地预测位置和数率这有一一哪几个 量,而只有预测波函数有一一哪几个 量。你们得到的是并完整都是被重新定义的决定论,刚好是拉普拉斯所设想的决定论的一半。

  为了计算出波函数怎样才能随时间变化,你们需要了解在整个宇宙都成立的量子规律。或者问題报告 是,你们对另有一一哪几个 的规律知道哪几个?

  只有 理论能预测未来

  尽管量子理论以及涉及电磁力的麦克斯韦方程的确适用于绝大帕累托图领域,但还有有一一哪几个 重要的领域在其适用范围之外,有一一哪几个 是核力,有一一哪几个 是引力。核力决定了太阳发光、元素的形成,而引力意味着了恒星和行星乃至宇宙并完整都是的形成。很多,为了完整地理解宇宙,至少可不能否原则上精确地预测各种事物,需要把哪此方面都统一起来。

  弱核力已与麦克斯韦方程统一起来,形成电弱统一理论。对强核力,则由另并完整都是不同的理论——称为QCD——加以描述。电弱统一理论和QCD理论加带一起就组成粒子物理学的所谓“标准模型”,其目标是描述除引力外的所有事物。

  尽管标准模型在一切实际用途中都已足够用,但科学家们仍然在孜孜寻求,试图阐发出需要适用于整个宇宙的完备理论。你这人 追求的动力什么都没有于经济意味着。从伽利略以来,只有 任何有一一哪几个 科学家是为了金钱而进行基本理论研究的。你们寻求有一一哪几个 完备理论的真正意味着是你们想理解宇宙,你们着实你们不然后黑暗而神秘力量的牺牲品。机会你们认识了宇宙,只有 你们就可在并完整都是意义上控制它。而现在的标准模型很清楚只有满足你这人 要求。

  机会你们要理解宇宙说说,就需要有有一一哪几个 完整协调一致的量子引力理论。在过去500多年间,构建量子引力理论成了理论物理学界的最重问題报告 报告 。或者这非常困难。

  从1985年以来,你们就认识到超引力和超弦理论都属于有一一哪几个 更大形状,即M-理论,而M-理论然后并完整都是通常意义上的理论,然后一系列理论的集合。该集合中的每一理论在限制条件如低能量或低辐射状况下都成立,或者超出这限制条件就不适用了。这意味着它们中只有 任何有一一哪几个 理论可不能否精确地预测宇宙的未来。

  你们然后天使

  直至目前,大多数人都含蓄地假定发生并完整都是终极理论,你们最终可不能否发现它。事实上,我自己就曾说过你们会快一点 找到你这人 理论。或者M-理论我不想 怀疑这否是 真的。你说要以有限数量的命题来阐述宇宙终极理论是不机会的。这和哥德尔不完备性定理非常之类,该定理说任何有限公理系统然后足以证明其中的每有一一哪几个 数学命题。

  哥德尔定理和你们否是 能以有限数量的原理构建宇宙终极理论有哪此关系呢?有一一哪几个 联系是明显的。根据实证论科学哲学,有一一哪几个 物理理论乃是一数学模型。或者机会有数学命题只有证明说说,那然后物理问題报告 只有预测。

  在标准的实证论科学哲学看来,物理理论无偿居住于柏拉图式理想数学模型天国中。也然后说,有一一哪几个 模型需要任意程度地完整,需要含晒 任意几瓶的信息,而不想影响它们所描述的宇宙并完整都是。但你们然后天使,需要从外面观察宇宙。相反,你们和你们的模型两者然后你们所描述的宇宙中的组成帕累托图,或者有一一哪几个 物理理论是自指的,就像哥德尔定理所说的那样。你们或者需要认为它机会是不一致的,机会是不完备的。你们迄今所有的各种物理理论既是不一致的,也是不完备的。

  机会不发生并完整都是可从有限条数原理推导出来的终极理论,一些人将非常失望。我过去就属于你这人 阵营。或者我已改变了我的看法。现在我很高兴你们寻求知识的努力永远然后会到达终点,你们始终然后获得新发现的挑战。只有 你这人 挑战,你们就会停滞。哥德尔定理保证了数学家们总有事情要做,我不想 M-理论也将为物理学家们做同样的事情。(凌高/摘译)

本文责编:frank 发信站:爱思想(http://www.aisixiang.com),栏目:天益笔会 > 科學會神 > 科学演讲 本文链接:http://www.aisixiang.com/data/3985.html 文章来源:国际先驱导报