事实如此浪漫

还原论的终结可能即将到来。或者不是。

量子力学似乎有时间的时间问题,这可能会发出完全新型法律的需求。 Ekaterina Kulaeva/Shutterstock的插图

T他的科学历史到目前为止一直是减速论的胜利。生物学可以减少到化学,化学可以减少到原子物理学,并且原子由基本颗粒如电子,夸克和粘稠制成。目前已知的25个基本粒子可能再次被发现较小的实体 - 我在粒子物理学中的大多数同事肯定会这样做。但是,如果Chiara Marletto是对的,Rexaultism的成功就会运行其课程。下一个更好的自然定律可能来自宏观物体,而不是显微镜。她的秘密成分?反事实。

想象一下,阿道夫希特勒从未出生过。这是符合事实 - 普通术语中的“反事实”。在能与不能的科学,她的第一本书(摘录于鹦鹉螺) Marletto使用了一个更宽泛的反事实定义:反事实是关于什么是可能的,什么是不可能的。她认为,当代物理学没有考虑到反事实,这“正在阻碍进步”。

当代物理学确实有缺点,这很可能是因为我们目前在物理学中使用的定律都是以相同的方式工作的。首先,它们要求我们在某一时刻完全指定系统的配置,称为初始条件.然后,我们有一个方程式 - 经常被称为动态法或者演化方程-它作用于初始条件。最后,通过将演化方程应用于初始状态,我们可以计算系统在任何时刻的构型。例如,如果指定箭头的位置和初始速度,则可以使用牛顿定律来计算它会在哪里着陆。

它颠覆了还原论。

目前物理学中的所有基本理论都使用这种初始条件和演化方程的划分。这些理论让我们走得很远,但是,正如马莱托指出的,它们有局限性。最重要的一点可能是,没有这样的理论能够解释其自身的初始条件:我们必须提供初始条件作为预测的输入,否则我们无法计算任何东西。这意味着,举例来说,如果我们想要弄清楚,比如说,宇宙为什么以它开始的方式开始,我们需要一种不同类型的理论。

目前的理论也在努力解释宇宙的复杂性是如何增长的。我们知道宇宙可以带来复杂性——只要看看你周围——但物理学家不知道如何在初始条件和演化方程的组合中识别这种性质。量子力学似乎在时间顺序上有问题,这可能意味着需要一种全新的定律。

马莱托的书是与英国物理学家几年工作的总结大卫·多伊奇她和他一起发展了建造者理论。我对构造函数理论的解释是,它假设自然法则区分了什么是可能的,什么是不可能的。最好的描述方法可能不是用初始条件和进化定律,而是用宏观的物体构造师-可以执行某些任务,但不能执行其他任务。关于这些构造器,重要的不是他们是由什么组成的,而是他们能做什么和不能做什么。

例如,能量既不能被创造,也不能被破坏。我们知道,这在经验上是正确的。那是关于不可能的陈述。或者以事实为例量子力学不允许我们完全复制系统的状态而不破坏原始的 - 另一种不可能。Perpetuum Mobiles-mobers击败热力学的第二律- 也是不可能的。

物理学家目前以此的结果对待这种不影响自然法则.构造函数理论建议我们把它们作为起点:从宏观物体可以拥有的属性开始,然后推断这些物体的微观成分必须能够做什么。它颠覆了还原论。

总体思路对我来说似乎很有希望,但自2012年Deutsch提出构造器理论以来,构造器理论一直是出了名的模糊。我希望马莱托的书能说明这一点。唉,读了这本书,我就不那么聪明了。她不仅没有解释如何使用构造器理论,也没有解释构造器理论的好处,她还提出了一些关于物理学的论断,我觉得这些论断完全令人困惑。

首先,Marletto认为当前的物理学没有使用反事实。这就是她声称她的方法可以解决的假想问题。当然,我们在物理中使用反事实。每次我们都做一个概率天气预报,我们发表陈述能够在初始条件不同的情况下发生。每次我们计算银河系结构的结构在宇宙中,我们发表了关于什么的陈述能够如果物质的分布是另一种情况,就会发生。每次我们计算量子力学中的关联式时,我们都会声明能够如果我们测量了其他的东西。这些都是反事实的。Marletto没有提到这些技巧。

相反,她追求“减少者”,因为他们据称“解雇”紧急标准 - 如信息,热力学和意识- “在科学之外。”但我从来没有遇到过了一个会这样做的还原剂。为了相反,还原剂通常强调意识可以通过科学解释,究竟可以解释因为它来自组成大脑的许多粒子的相互作用。

与Marletto写道相反,还原剂也经常强调在紧急性质方面的解释应该不是被解雇只是因为它不是基础。事实上,紧急理论通常是他们申请水平更有用的理论。为了提供一个例子,即马洛托自己讨论,他们的正确思想中的任何一个都不会描述它在由其组成的基本粒子方面的计算机的功能。还原主义说这是可能的,而不是它很有用。这两件事(对宏观层面的描述更有用又导出)并不彼此矛盾。

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我认为部分问题在于Marletto既没有解释她所说的简化论也没有解释她所说的涌现论。我在上面用突发性来表示一个复合系统的属性它可以从系统的组成部分的规律中推导出来,但是在组成部分的层面上没有意义。例如,导电性是材料的一种属性,但它对单个电子来说没有意义。温度是另一个例子。海浪,飓风,自我繁殖的能力- 这些都是紧急性质。

哲学家通常更具体地将其称为“弱涌现”。相反,“强涌现”是宏观系统中属性的假设存在,而这些属性不能从成分的法则中推导出来。在现实世界中没有已知的强涌现的例子(这就是为什么物理学家通常使用“涌现”一词作为“弱涌现”的同义词)。本体论的还原论(就我们目前所知)是正确的,这意味着强大的涌现并不存在:原则上,一切都可以从基本粒子的定律和它们之间的作用力中衍生出来(哲学家可能会说,“还原为”)。

鉴于这种区别的基本程度(以及不同类型的还原主义之间的区别)是对于Marletto的论点,它将有助于澄清。它还仍然不清楚我只是一个实际需要这些构造师。

她讨论的一个例子是构造函数理论可以实现一些当前理论无法实现的东西,那就是提供真正不可逆的宏观定律。我们用标准方法得到的弱涌现定律,实际上,只是不可逆的,但在原则上,仍然是可逆的。这意味着,一些反向过程(比如不打碎鸡蛋)在理论上是可能的,但在实践中,它们是如此难以置信地不可能,以至于我们从未观察到它们。无论如何,这是标准的解释。

在构造器理论中,这样一个过程实际上是不可能的,而不仅仅是不可能的。但标准方法与所有观察结果兼容,因此实际上没有必要对其进行任何更改。

最后,我觉得Marletto的书读起来很有趣,但并不是很有启发性。话说回来,也许我的期望太高了。在开发的早期阶段很难传达想法的吸引力(问我怎么知道的)。然而,这正是科学的本质所在,所以我很欣赏Marletto的努力,让读者深入了解这个令人兴奋的、年轻的研究课题。如果你读能与不能的科学请记住,你可能正在见证科学史的形成。

Sabine Hossenfelder是法兰克福高等研究所在那里,她致力于广义相对论的修正、唯象量子引力和量子力学的基础。如果你想知道更多关于物理学基础的问题,读她的书迷失在数学中:美容如何引导物理学误入歧途跟着她在推特上@skdh.

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