我们需要什么理论吗？

我经常有人问我能不能评论一下别人的一切理论。那可能是加勒特·里斯的E8理论和埃里克·温斯坦几何统一或者斯蒂芬·沃尔夫勒姆的宇宙只是一个大的图，等等。好,然后。让我告诉你我的想法。但恐怕这不是你想听的。

在我们开始之前，让我提醒你们物理学家所说的“万物理论”是什么意思。就我们目前所知，宇宙和宇宙中的万物是由四种基本的相互作用联系在一起的。这就是电磁力，强核力和弱核力，还有重力。你所熟悉的所有其他力量，比如范德华力，或肌肉力，或是在维基百科上把你拉下无限序列链接的力量，这些都是非基本力量，来自于四种基本互动。至少在原则上是这样。

万物理论的整个概念是建立在一个不科学的前提之上的。

现在，三种基本的相互作用，电磁力，强核力和弱核力，都属于同一类型。它们被收集在所谓的粒子物理标准模型中。标准模型中的三种力用量子场理论来描述，简而言之，这意味着所有的粒子都遵循量子力学的原理，比如测不准原理，它们可以被纠缠，等等。然而，引力是由爱因斯坦的广义相对论描述的，对量子力学一无所知，所以它与其他三种力是分开的。这是个问题，因为我们知道标准模型中所有的量子粒子都有引力。但我们不知道这是如何运作的。我们只是没有一个理论来描述基本粒子是如何引力的。为此，我们需要一个关于引力量子行为的理论，一个关于量子引力就像它的名字一样。

我们需要量子引力理论，因为广义相对论和标准模型在数学上是不相容的。到目前为止，这是一个纯粹的理论问题，因为我们目前可以做的实验，我们不需要使用量子引力。在目前所有可能的实验中，我们要么测量量子效应，但粒子质量太小，我们无法测量它们的万有引力。或者我们可以观察一些物体的万有引力，但是它们没有量子行为。所以，目前我们并不需要量子引力来描述任何观测结果。然而，在未来几十年，这种情况有望改变。我在之前的视频中讲过。

除了缺失的量子引力理论，物理学家对标准模型还有各种各样的问题。最值得注意的是，虽然标准模型中的三种力都属于同一类型，但它们也都不同，因为它们都属于不同类型的对称。物理学家更愿意将所有这些力统一为一个，这意味着它们都来自相同的数学结构。

在许多情况下，这种结构是一个大的对称群。由于我们没有观察到这一点，所以我们的想法是，大对称性只会在能量如此之高的情况下才会显现出来，以至于我们还无法对它们进行测试。在我们目前测试过的能量下，对称性会被打破，这就产生了标准模型。这种标准模型的力量的统一被称为“大统一”或“大统一理论”，简称GUT。

物理学家所说的万有理论是指所有四种基本相互作用都是从这个理论中推导出来的。这意味着它既是一个大统一理论又是一个量子引力理论。

这主意听起来不错，没错。但是。没有理由说自然应该被万物理论所描述。当我们做需要量子引力理论来避免自然法则的逻辑不一致，标准模型中的力不必统一，它们也不必与引力统一。的确很漂亮，但没必要。标准模型在没有统一的情况下也能很好地工作。

所以这一切理论都是建立在一个不科学的前提上的。有些人希望自然法则以一种非常特定的方式呈现美丽。他们希望它是简单的，他们希望它是对称的，他们希望它是自然的，在这里我要提醒你们，“自然”是一个技术术语。所以他们知道自己想要的是什么。然后他们发现了一些数学问题，这些问题让他们觉得特别漂亮，于是他们开始相信，这些问题肯定是自然法则的一部分。简而言之，他们为他们认为的宇宙创造了一个理论应该是喜欢。

自然显然不在乎物理学家认为什么是数学。

这根本不是发展科学理论的好策略，更不是标准的方法论。事实上，情况恰恰相反。在理论发展中依靠美是有历史意义的严重．在物理学中，理论发展的突破来自于解决数学上的矛盾。我真的写了一本书，讲的是物理学基础研究人员坚持使用理论发展的方法是多么的有问题，我们没有理由认为这些方法应该起作用，事实上是不起作用的。

对万有理论和大统一的探索始于20世纪80年代。只要物理学家提出的理论是可证伪的它们就已经被证伪了。自然显然不在乎物理学家认为什么是数学。

话虽如此，你觉得我是怎么看待Lisi, Weinstein和Wolfram对万物理论的尝试的?科学史告诉我们，他们猜测一些漂亮的数学题并希望它对某些事情有用的方法是非常没有前途的。它不是不可能起作用，但几乎肯定是浪费时间。我仔细研究了Lisi, Weinstein, Wolfram和其他许多人的所有理论，可以告诉你，他们并没有令人信服地解决现有的基础理论中的任何实际问题。我也没兴趣再仔细看了，因为我也不想浪费时间。

但我不喜欢评论个人的一切理论。我不喜欢它，因为我觉得它非常不公平。这些大多是研究人员单独或小组工作。他们非常专注于自己的追求，并且非常努力。他们大部分都不是由纳税人支付的，所以这是他们的私事，我凭什么评判他们?而且，你们中的许多人显然觉得，身边有一群拥有各种理论的天才很有趣。这对我来说没问题。

如果那些被证明是无用的理论发展成雇用数千人的大型、纳税的研究项目，就像在美国发生的那样，那我就有问题了弦理论超对称和大统一。这就产生了一个问题，因为它会消耗资源，并完全阻碍进展，这就是物理学的基础。

像Lisi, Weinstein和Wolfram这样的人至少提醒我们，大型项目并不是你能用数学做的唯一事情。所以，虽然听起来很奇怪，但我并不认为他们的具体研究方向比弦理论更有前途，但我还是很高兴他们做了。事实上，物理学需要更多像他们一样的人，不管有多难，都有勇气走自己的路。

简单的总结是，如果你听到一个新提出的万有理论，不要问数学是否正确。因为很多做这个的人都很聪明他们知道自己的数学，这可能是对的。你和所有报道这类事情的科学记者应该问的问题是，我们有什么理由认为这一特定的数学与现实有关。“因为它很漂亮”不是一个科学的答案。我从来没有见过一个万能理论能对这个问题给出令人满意的科学答案。

Sabine Hossenfelder是法兰克福高等研究院在那里，她研究标准模型之外的物理、现象学量子引力和广义相对论的修正。如果你想知道更多关于物理学基础的问题，请阅读她的书《迷失在数学:美丽如何使物理学误入歧途》。

本文最初发表于反作用， Hossenfelder的博客，并获得许可转载了他的文章。