物理定律不需要美学了吗？
物理定律不需要美学了吗？原创： Frank Wilczek
中科院物理所
4天前
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/QAEJXB03eMBAygzKbncSEj8TIKrNJibia8ricf9eOUdyysqFKLWicic6fbmBNgZpy1Lia7pWcHYKktTp1lK7AQiaoxqKw/?wx_fmt=jpegSabine Hossenfelder的《迷失在数学中：物理学是如何被“美学”搞晕的》（英文名为：《Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray》）是一本不同寻常的书，不仅个性鲜明，而且锋芒毕露。虽然我在很多方面都不同意作者的观点，但是这本书行文流畅，作者不仅在书中很好的展示了自己的研究成果，而且通过与不同领域的领军人物的对话的形式对基础理论物理学的一些前沿问题做了一个很好的阐述，因此我仍然会推荐这本书。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/QAEJXB03eMBAygzKbncSEj8TIKrNJibia8HAQDlXFyHibealXwnzJI0wys4hiao5xiaKm9iadY2slzibdpTrhuZKwqJqQ/640?wx_fmt=jpeg在粒子物理中，高能粒子在云雾室中划过一道又一道优美的弧线
理论物理学家 Hossenfelder 对其科学的使命充满热情，对其近期历史感到失望。在书的第一段，她谈到在她的领域里，“在知识的殿堂里，我们研究的是底层的物理，探索物理的基础.......当我们自己做出某些发现时，我们呼吁实验学家做实验来发掘出更深层次的东西。在上个世纪，理论家和实验家之间的这种分工非常有效。但是在我们这一代却行不通。”
Hossenfelder 认为这个问题的根源在于我们过度依赖“美学”作为世界运作方式的指南。回顾20年来为追求新的物理定律所做的努力，她经历了许多令人伤心的挫折和未完成的预言。粒子物理的标准模型成功描述了所有观测到的现象，也留下许多细枝末节有待解决，尽管如此，它仍旧是二十世纪七十年代以来的一个强大而且成功的基础理论。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/QAEJXB03eMBAygzKbncSEj8TIKrNJibia8x84sY02dZt6050m1DM1M7nsysB0fr6zmA6Gz24jgEH2aaSMF7W4S3g/640?wx_fmt=pngSabine Hossenfelder 所著《迷失在数学中：物理学是如何被“美学”搞晕的》
超对称(SUSY)曾被广泛的认为是向着大统一理论的重大进步，尽管经过了十多年的实验和期待，它仍未能被大型强子对撞机证实。对于暗物质，尽管我们已经做出巨大努力来探测弱相互作用的大质量粒子(WIMP)——超对称模型所提出的暗物质的候选者——或者其他具有令人信服的可能性的粒子如轴子(axions)，我们还是一无所获。我们至今也说不清楚暗能量是什么。 Hossenfelder 也可能在书中描述了观察质子衰变的失败，这是主流统一场论一个重要的预测。弦理论未能提供具体的可观测结果，更不用说成功的观测了。 虽然这个令人沮丧的故事中没有任何一部分是完全错误的，但它是十分不完整的，而且讲述的过于悲观了。过去30年是宇宙物理学的黄金时代。虽然没有观察到质子衰变，但我们已经发现了统一场论的另一个主要预测，即微小的中微子质量。希格斯粒子被发现，其详细研究也已经开始，充满希望的引力波天文学的时代已经开始。 SUSY（超对称），质子衰变，WIMP和 axions 仍然非常有可能继续激励实验家的艰苦工作以及理论家的独创性。而高深的理论并没有完全放弃描述物理现实的愿望。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/QAEJXB03eMBAygzKbncSEj8TIKrNJibia8ksm4FvGXnlPgjNlvIU4SZ3D7EeLL9BllK75m5eFdPsf0u34arRoN1g/640?wx_fmt=pngE8 李群示意图，被用来描述物理中的对称性。 尽管如此，Hossenfelder 阐明的弊端并非毫无根据，而且在物理学家之间被广泛的分享。但她的观点，寻找“美学”的物理定律限制了我们的视野，让我感到奇怪。讲到这里我就不得不都说几句了：对称性是标准模型的核心，促使我们发现它。现代宇宙物理学在其一般的相对论基础和初始条件的选择上也以对称性和简单性为中心。此外，在拓扑学中系统地使用“美学”的想法一直是凝聚态物理学的灵感来源，而来自信息理论的“美学的”思想正在阐明物理算法和量子网络设计。我们需要更多“美学的”想法，而不是更少。 当你忽略掉这些不幸的术语时，你会发现 Hossenfelder 的真正批判的目标不是“美学”，而是脱离了现实的自我满足。这种态度在“后经验科学(postempirical science)”学说中达到了理论顶点，这种学说认为社会共识而非实验证据决定了科学的有效性。在这里，她引用了物理学家 George Ellis 的话，谴责抱着这种态度的物理学家和哲学家：“现在有物理学家说我们不必检验他们的想法，因为他们的想法是如此的好。他们或明或暗地说他们想要削弱理论必须被检验的要求。在我看来，这简直是让物理学退回到中世纪。”
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/QAEJXB03eMBAygzKbncSEj8TIKrNJibia88HCnKfRcBicfCVCAMqO5K41q5bibdJQHMlUHeTWs4giajeRVNgn2rlIbA/640?wx_fmt=pngWilliam Blake 的《牛顿》 (1795)
在我看来，基础物理学新发现的缓慢步伐在很大程度上是我们早期取得的巨大成功的自然结果。现在物理研究很难取得进展，可能需要很多耐心。事实上，我们已经知道耐心是必不可少的。好消息是，对于物理学，对于生活，除了理解更深层次的基础，我们还有很多其他事要做。
译者注：这里谈论的“优美”或者“优雅”指的是物理方程或者物理定律的简洁性和对称性。
作者：Frank Wilczek译者：陈星原文地址：https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.4022 作者简介Frank Wilczek 是马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的 Herman Feshbach 物理学教授；李政道研究所创始主任，中国上海 Wilczek 量子中心首席科学家；亚利桑那州立大学杰出教授；斯德哥尔摩大学物理学教授和斯德哥尔摩的诺丁塔大学物理学教授。
注释 Sabine Hossenfelder 是德国法兰克福高等研究院的理论物理研究员，主要研究方向是量子引力。 Herman Feshbach 教授职位，是麻省理工学院为了纪念Herman Feshbach教授而设立的。
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