物理学理论的本质是什么?

  当科学家说有东西存在时,他们是什么意思?一直以来,总有人不相信科学发现,他们固执地认为,黑洞不存在,夸克不存在,引力波不存在,希格斯玻色子不存在,或者时间不存在。

  科学家并非对宇宙中的一切做出无端的臆想,他们会根据实际做出合理的假设,并通过实验加以证实。科学是关于事实,而非关于信不信存在的问题。

  迄今为止,爱因斯坦提出的广义相对论是最为成功的引力理论。从本质上来说,广义相对论是一个数学框架,物理学家可以从这个框架中得出与观测结果非常一致的预测。物理学家给这个理论中的数学结构起了各种名字,其中一个叫做引力波,另一个叫做黑洞。这些都是物理学家可以计算观测结果的数学结构,现在已经被激光干涉引力波天文台(LIGO)和事件视界望远镜(EHT)所证实。

  当物理学家说这些实验测量了“黑洞合并辐射出引力波”之时,其本质含义是,特定的方程导致了正确的预测。

  希格斯玻色子和夸克的情况也类似,它们都是源自于粒子物理模型模型,都是物理学家给相应的数学结构取的名字。物理科学利用标准模型的数学框架来做预测,并且预测与测量结果一致。这就是物理学家说“希格斯玻色子和夸克存在”的意思,因为用理论做出的预测与观测结果一致。

  同样地,时间也是如此。在广义相对论中,时间是一个坐标,很像空间。时间是数学框架的一部分,物理学家用它来做预测。这些预测与观测相符,那时间就是存在的了。

  说到这里,反对者可能又会质疑这不是“存在”,反对者坚持想知道它是“真实的”还是“正确的”。“真实的”或者“正确的”含义是什么,这可能需要请教哲学家。哲学家会提供各种各样的选择,有些可能让人觉得合理,也可能觉得不合理。

  许多科学家有意或无意地赞同一种叫做“实在论”的哲学,这意味着他们相信,一个成功的理论不仅是一个能够做出预测的工具,并且它还有一个额外的属性,可以称之为“真实的”或者“正确的”。

  例如,物理学家戴维·玻姆为了支持爱因斯坦反对量子力学,他认为量子力学并没有真正描述了物理本质,终极物理学理论应该是完全可预测的,而非像量子力学中的波函数那样是基于概率的。实在论有几种变体,但它们的共同点是,理论的要素不仅仅是工具。

  虽然这些看似都很好,但实在论是一种哲学。这是一种有关信不信的体系,科学无法告诉我们它是否正确。

  因此,如果有人想声称希格斯玻色子、夸克、引力波、黑洞或者时间不存在,他必须证明包含被称为“希格斯玻色子、夸克、引力波、黑洞或者时间”数学结构的理论预测与观测数据不符。

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