第27章 物理学的统一(2)
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成立。
人们探索了这个基本理论,但是迄今毫无成就。正如哥德尔指出,不可能用单独的一族公理系统来表述算术。
我相信这里的情形不可能比它更好,基本理论不可能存在单独的表述。相反,它也许和地图类似。你不可能只用一张单独的地图去描述地球或者锚圈的表面:在地球的情形下,你至少需要两张地图去覆盖每一点,而在锚圈的情形下,则需要四张。每张地图只对一个有限的区域有效,但是不同的地图有一个交叠的区域。整族地图就为该表面提供了完整的描述。类似地,在物理学中对不同的情形需要使用不同的表述,但是两种不同表述在它们都适用的情形下要相互一致。整族不同的表述可以被认为是完备的统一理论,尽管它不是依照单独的假设集合表达的理论。
但是,确实存在一个这样的统一理论吗?或者我们也许仅仅是在追求海市蜃楼。似乎存在三种可能性:
(1)确实存在一个完备的统一理论(或者一族交叠的表述),如果我们足够聪明的话,总有一天会找到它。
(2)并不存在宇宙的最终理论,仅仅存在一个越来越精确地描述宇宙的无限的理论序列。
(3)并不存在宇宙的理论:不可能在一定程度之外预言事件,事件仅以一种随机或任意的方式发生。
有些人基于以下理由赞同第三种可能,如果存在一族完备的定律,这将侵犯上帝改变其主意并对世界进行干涉的自由。这有点像那古老的二律背反:上帝能制造一个重到连自己都不能将其举起的石块吗?但是上帝可能要改变主意的这一思想,正如圣·奥古斯丁指出的,是一个想像上帝存在在时间里的虚妄的例子:时间只是上帝创造的宇宙的一个性质。可以设想,当他创造宇宙时,他就知道了自己所有的企图!
随着量子力学的发现,我们认识到,由于总存在一定程度的不确定性,因此,不可能完全精确地预言事件。如果有人愿意,他可以将此随意性归结为上帝的干涉。但这会是一种非常奇怪的干涉:没有任何证据表明它具有任何目的。
的确,如果它有目的,则按定义就不是随意的。现代由于我们重新定义科学的目标,所以已经有效地排除了上述的第三种可能性:我们的目的只在于表述一族定律,这些定律能使我们在不确定性原理的极限之内预言事件。
第二种可能性,也就是存在一无限的越来越精确的理论序列,是和迄今为止我们的经验相符合的。在许多场合我们增加了测量的灵敏度,或者进行了新的类型的观测,只是为了发现还没被现有理论预言的新现象,为了解释这些,我们必须发展更高级的理论。这一代的大统一理论预言:在大约100吉电子伏的弱电统一能量和大约1000万亿吉电子伏的大统一能量之间,没有什么本质上新的现象发生。因此,如果这个预言是错的话,人们并不会感到非常惊讶。我们的确可以预期发现一些新的比夸克和电子——这些我们目前以为是“基本”粒子——更基本的结构层次。
然而,引力似乎可以为这个“盒子套盒子”的序列设下极限。如果人们有一个具有比1000亿亿吉电子伏(1后面跟19个0)的所谓普朗克能量更高能量的粒子,它的质量就会集中到如此的程度,它就会脱离宇宙的其他部分,而形成一个小黑洞。这样看来,当我们往越来越高的能量去的时候,越来越精密的理论序列确实应当有某一极限,所以必须有宇宙的终极理论。当然,普朗克能量离开大约100吉电子伏——目前在实验室中所能产生的最大的能量——非常远,我们不可能在可见的未来用粒子加速器填补其间的差距!然而,宇宙的极早期阶段是这样大的能量必定发生的舞台。我以为,早期宇宙的研究和数学协调性的要求,很有可能会导致当今我们周围的某些人在有生之年获得一个完备的统一理论。当然,这一切都是假定我们首先不使自身毁灭的前提下而言的。
如果我们确实发现了宇宙的终极理论,这意味着什么?
正如在第一章中解释的,因
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