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南希·卡特赖特|物理学无法应对现实的复杂性
作者:Nancy Cartwright | 2024/3/27 11:18:44 | 浏览:844 | 评论:0

南希·卡特赖特|物理学无法应对现实的复杂性

作者:Nancy Cartwright

译者:Wittt

物理学的巨大成功使许多人宣称她是所有科学中的女王。根据这种观点,世界上发生的一切都可以用物理学的终极版本来解释,至少在原则上是如此。但事实上,物理学只统治现实中很小、很容易建模的部分。如果我们看看科学在处理现实生活中的复杂问题时实际上是如何工作的,我们会发现物理学只起了很小的作用,其他自然科学、社会科学、工程学和其他学科也是如此。南希·卡特赖特(Nancy Cartwright)认为,世界是美丽斑驳的,需要用斑驳的科学来解释。

他们说物理学是科学中的女王。但不像维多利亚女王(Queen Victoria),她只控制了世界陆地面积的四分之一。更确切地说,它应该像《圣经》中描述凯撒·奥古斯都(Caesar Augustus)的领域一样广泛:凯撒·奥古斯都颁布了一项法令,要向全世界征税。

当然,这一图景需要的物理学远远不是我们曾经拥有的,也不是我们在可预见的未来所能想象的。一个具有内在一致性和连贯性的理论,其在解释世界方面的成功并不依赖于在物理学中不同分支学科中选择或拼凑模型和理论,而应当是这些模型从这一统一、一致的理论中透明地演绎出来。

如果物理学要独占鳌头,她不仅要帮助解决化学键(chemical bonding)、神经元中的信号传递、化油器中的汽油流动等问题。原则上,她必须能够完全接管研究这些问题的学科,解释和预测青少年怀孕率的上升、当前的通胀水平、新教改革(the Protestant Reformation)以及横渡英吉利海峡的移民的命运。此外,她还必须能够让我摆脱对女儿大喊大叫的困境:毕竟,我只是在遵守物理定律。

物理学是一切事物的主宰,这一观点对我们生活的世界应该是什么样子有着强有力的影响。它一定是一个完全由基本物理实体组成的世界——基本粒子、弯曲的时空等等——这些实体只有物理方程所描述的数学特征,这些特征除了应该代表它们的数学对象的名称之外,通常没有自己的名称,比如“量子态向量”(quantum state vector)和广义相对论的“度量张量”(the “metric tensor” of general relativity)。世界必须是这样的,因为这些是物理学可以统治的特征。

但这是一个奇怪的世界,与我们生活和活动的世界完全不同。这是一个没有色彩、纹理和情感的世界,没有我们睁开眼睛看到的世界的所有无尽的变化和丰富多彩,我们必须通过纯粹理性来度过我们的日常生活。

物理学成为女王是一项艰巨的任务,她将统治的世界与我们所经历的世界完全不同。那么,为什么相信这种物理学(女王)是可能的,即使我们只是说“原则上可能”呢?

同样令我困惑的是,我们为什么要接受它的吸引力呢?我知道,这种统一、和谐、一致、简单、数学、优雅的终极科学形象,对许多人来说是美的、引人注目的,甚至是扣人心弦的。但对我来说这是令人反感的。它否认了我们所有其他辛勤工作的知识来源的最终用途,它把物理学本身变成了一个巨大的自动售货机:你输入你的宇宙的初始状态,然后在底部弹出所有发生的事情。这就贬低了物理学以及与之合作的无数其他学科所需要的技巧、详细精确的知识、判断力和细致入微的辛勤工作,这些都是为了创造出让我们对物理学本身的深刻印象,比如激光、超导体和高度控制的实验——比如重力探测器B(Gravity Probe B),它把四个完全均匀的陀螺仪送入太空,以测试广义相对论。

我们当然可以创造“小世界”——就像普通电池外壳内的小世界,或者我们用来测试物理理论并创造稳定、可重复现象的受控实验。在这个世界里,可能发生的事情是如此有限,以至于唯一能影响我们所寻找的结果的因素是那些我们知道如何在物理理论中表示的因素,我们知道如何计算当这些因素共同作用时会发生什么。我们甚至可以发现自然存在的小世界,比如行星系统。但这不足以证明我们生活的广阔世界实际上是一个小世界,在这个小世界里,影响所发生的事情的唯一原因是物理学所能表征的。它也无法证明所有发生的结果,从氦氖激光器发出的相干辐射到我愚蠢地对我女儿大喊大叫,都可以在现实中被重铸为物理方程中可以表示的量。

与其假设物理学一定是我们所研究的所有领域中的女王,我建议我们以当前科学最成功的情况为基础,来构建我们对一门终极科学可能是什么样子的形象。从将人类送上月球到设计并执行皇家马斯登医院的完全疏散计划(2008年1月2日的一场大火仅用了28分钟)。在这些情况下,物理学并不占主导地位。更确切地说,她作为科学——这意味着自然科学、生物医学和社会科学——和工程学科以及实践知识的杂烩的一部分,和其他科学一起合作,尽了自己的一份力量。这就是科学在实际实践中发挥作用的方式,它的效果令人惊讶地好,而且几乎没有证据表明未来的实践会有什么不同。我强烈要求,这应该成为我们科学在最佳状态下的模式。

如果这就是科学最好的样子,那留给我们的世界是什么样的呢?看起来我们剩下的世界和我们实际生活的世界一样:这个世界在其边界内包含了无数个小世界,在这些小世界中获得了精确的秩序和稳定,但这个世界本身又很大、很广、很有差异,在这个小世界的界限之外发生的很多事情都是偶然发生的——这是跨科学学科研究的原因相互作用的结果,从基础粒子物理学到神经科学再到社会心理学。在这个世界里,情绪、慷慨和社会排斥可以影响事情的发展,就像引力和电磁排斥一样。

但是,考虑到我们知道引力、电磁斥力和度规张量已经在我们的世界中起作用,其他种类的原因真的会起作用吗?是的。相反的假设是忽略了这些物理原因是如何在现实世界中发挥作用的。这些场景要么是排除所有其他原因的小世界,要么是与它们所嵌入的大世界完全不同的场景,要么是其他原因也真正被允许发挥影响的场景。然而,即使在这些大世界的情况下,我们有时也能成功地进行精确预测和控制。但是我们不是通过从物理定律中推导出来的。相反,我们通过巧妙的建模来做到这一点:结合大量不同类型的知识,逐个案例,构建复杂的模型和设计,可以预测现实世界中发生的事情,比如阿尔忒弥斯1号(Artemis 1)的发射和飞行。

一旦女王被废黜,我们最终拥有的世界将是一个舒适、充满活力的世界,一个杰拉德·曼利·霍普金斯(Gerard Manley Hopkins)非常欣赏的世界:

Glory be to God for dappled things—
For skies of couple-colour as a brindled cow;
For rose-moles all in stipple upon trout that swim;

在这个世界里,我们可以毫不掩饰地欣赏周围斑驳的美,而不会觉得我们在真实的事物上欺骗了自己。在这个世界里,我必须为对女儿大喊大叫承担责任,正如神学家彼得·菲什(Peter Fishes)所指出的,在这个世界里,我们可以真正地“公正地对待那些交织在我们对周围世界的体验中的能动性的迹象”。

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