事实如此浪漫

类比能揭示物理定律吗?

经许可转载自广达电脑杂志的抽象博客

所谓的“模拟实验”在物理学中变得越来越普遍,但它们是教学还是误导? 国家标准与技术研究所/Wikicommons提供的图片

H大爆炸物理学家们试图洞察那些超出实验范围的自然领域——黑洞的内部、量子领域的微妙之处,他们正在实验由流体和其他易于操作的材料组成的“模拟”系统,这些材料可以用类似的方程式来建模。这些模拟实验的结果通常会出现在顶级科学期刊上,从某种意义上说,它们说明了感兴趣的系统。但是他们会吗?我们怎么知道?

Stephan哈特曼,慕尼黑路德维希·马克西米兰大学的物理哲学家说,“在什么条件下,我们在某个实验中获得的证据能够证实或支持关于另一个系统的说法,而这个系统离我们很远?”

这个问题不断出现。

2014年,研究人员报道在里面自然他们在超冷的铷原子流体中发现了一种类似于磁单极子的粒子状态。磁单极子是一种长期寻找的假想基本粒子,它的作用类似于磁铁的一端。一个物理学家引用在里面自然新闻认为这一发现是“磁单极子作为基本粒子存在的又一个原因”。但这是真的吗?

科学家们现在的任务是弄清楚如何解释这种新型的实验。

如果我写的广达电脑,以色列的一位物理学家创造了一种流体,它能捕捉声音,就像黑洞捕捉光一样;然后他在这个“音速黑洞”中发现了一种类似于霍金辐射的效应,霍金在1974年预测了一种假设的黑洞现象,对宇宙的运行方式产生了深远的影响。这个桌面实验是否为霍金的预测提供了间接证据?

哈特曼认为,对音速黑洞的实验可能确实会揭示真实黑洞,因为在它们相似的数学基础上可能存在一个“共同原因”。同样地,黄手指和心脏病都是由吸烟引起的,发现其中一种可能是另一种的证据。另一方面,许多黑洞专家并不相信这个类比,认为它可能会误导人,因为还不知道这个类比所依据的霍金数学是否真的描述了黑洞。

哈特曼说,不管怎样,这种情况“引发了奇妙的哲学问题,因为我们了解了新类型的证据。”他说,物理理论就像弦理论和多元宇宙描述的是实验者无法到达的自然领域。直接检验这些理论似乎是不可能的。“所以我们必须考虑检验理论的其他方法。无论我们现在如何看待这些模拟实验,我认为这些工作正朝着正确的方向前进。”

人们正试图为科学理论寻找间接证据,他说。“我们需要更多这样的机会,将来我们肯定会看到更多这样的机会。”

科学家们现在的任务是弄清楚如何解释这种新型的实验。

“有一种直觉认为,做模拟模拟、做计算机模拟、做直接实验、做计算都有不同之处,”他说卡里姆·蒂鲍尔特他是布里斯托尔大学(University of Bristol)的物理学哲学家,曾写过有关音速黑洞实验的文章。“但这种差异到底是什么,并没有得到足够清楚的解释。”

Natalie Wolchover是广达电脑涵盖自然科学的杂志。此前,她为《大众科学》、《生活科学》和其他出版物撰稿。她在塔夫斯大学攻读物理学学士学位,在加利福尼亚大学攻读研究生物理学,并合作撰写了几篇非线性光学学术论文。她的作品被评为2015年数学最佳作品。她是2016年统计报告优秀奖和2016年埃弗特·克拉克/赛斯·佩恩青年科学记者奖的得主@纳蒂奥弗

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