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物理學理論的本質是什麽?

當科學家說有東西存在時,他們是什麽意思?一直以來,總有人不相信科學發現,他們固執地認為,黑洞不存在,誇克不存在,引力波不存在,希格斯玻色子不存在,或者時間不存在。

科學家並非對宇宙中的一切做出無端的臆想,他們會根據實際做出合理的假設,並通過實驗加以證實。科學是關於事實,而非關於信不信存在的問題。

物理學理論的本質是數學框架

迄今為止,愛因斯坦提出的廣義相對論是最為成功的引力理論。從本質上來說,廣義相對論是一個數學框架,物理學家可以從這個框架中得出與觀測結果非常一致的預測。物理學家給這個理論中的數學結構起了各種名字,其中一個叫做引力波,另一個叫做黑洞。這些都是物理學家可以計算觀測結果的數學結構,現在已經被雷射干涉引力波天文台(LIGO)和事件視界望遠鏡(EHT)所證實。

當物理學家說這些實驗測量了“黑洞合並異塵餘生出引力波”之時,其本質含義是,特定的方程導致了正確的預測。

希格斯玻色子和誇克的情況也類似,它們都是源自於粒子物理模型模型,都是物理學家給相應的數學結構取的名字。物理科學利用標準模型的數學框架來做預測,並且預測與測量結果一致。這就是物理學家說“希格斯玻色子和誇克存在”的意思,因為用理論做出的預測與觀測結果一致。

同樣地,時間也是如此。在廣義相對論中,時間是一個坐標,很像空間。時間是數學框架的一部分,物理學家用它來做預測。這些預測與觀測相符,那時間就是存在的了。

說到這裡,反對者可能又會質疑這不是“存在”,反對者堅持想知道它是“真實的”還是“正確的”。“真實的”或者“正確的”含義是什麽,這可能需要請教哲學家。哲學家會提供各種各樣的選擇,有些可能讓人覺得合理,也可能覺得不合理。

實在論

許多科學家有意或無意地讚同一種叫做“實在論”的哲學,這意味著他們相信,一個成功的理論不僅是一個能夠做出預測的工具,並且它還有一個額外的屬性,可以稱之為“真實的”或者“正確的”。

例如,物理學家戴維·玻姆為了支持愛因斯坦反對量子力學,他認為量子力學並沒有真正描述了物理本質,終極物理學理論應該是完全可預測的,而非像量子力學中的波函數那樣是基於概率的。實在論有幾種變體,但它們的共同點是,理論的要素不僅僅是工具。

雖然這些看似都很好,但實在論是一種哲學。這是一種有關信不信的體系,科學無法告訴我們它是否正確。

因此,如果有人想聲稱希格斯玻色子、誇克、引力波、黑洞或者時間不存在,他必須證明包含被稱為“希格斯玻色子、誇克、引力波、黑洞或者時間”數學結構的理論預測與觀測數據不符。

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