译文：实在主义与弦论（Realism and String Theory）

 

来源：理查德*戴维德（Richard Dawid；http://phaidon.philo.at/~dawid/englisch）

译者：郑 中（Zheng Zhong；http://www.sciencenet.cn/u/warlong）

 

    哲学争论已受到从伽利略观察到量子机制假说的物理学规律形成的影响。但由于现代物理学技术复杂性逐渐提高，使得哲学家逐渐难以真正理解，当代哲学的核心讨论与科学哲学的争论已脱离基础物理层面。该计划断言哲学在重建为人忽视的通向同时代基础物理的桥梁过程中得益多多。正如我们希望能显示出尤其是大多数物理发展，这才是哲学令人尊敬的重要性。

    当前基础物理学中最前缘的理论---最有希望地企图构建全部已知自然力的统一描述，那就是弦论。我们的科学研究集中在弦论对哲学实在主义之争的意义方面。在哲学界实在论各种形式的争论中，主要有关问题是：1、形而上学实在论（metaphysical realism）在基础法则层面深入地研究外部实在性概念的意义和必然性；2、科学哲学的探讨试图将不可见客体当作一种深思的真实（considered real），如同日常生命对象一样。我们认为弦论的主体思想打开了以上两个层面之争的全新远景。

   

弦论

现代基本粒子理论能对现代实验可探测的全部微观物理过程作出精确预测。但尚存一个基本问题：基本粒子物理和万有引力物理，看来在点状基本粒子的传统范式内是不可调和的。引力和微观物理的共同描述，虽然当前不是实验所必需的，但对于理解宇宙太初相变是必要的，因此是通向全面理解物理世界的关键步骤。

当前可调和粒子物理与引力的理论，惟有弦论。虽然缺乏实验验证，弦论试图将中心问题设于过去二十年间的粒子物理的基础争论中。基础理念是将点状基本粒子代换为一维的弦，其长度极小，不为已知实验手段探测。该步骤的主要技术动机描述如下：点状粒子相互作用的量子物理描述，导致计算无限大，这源于彼此无限接近的粒子势。当引力被考虑入描述中，这些无限大变得无法控制而不能作出有意义的预测。如果基本物体是一维的，它们彼此在接触点展开，这就解决了问题。

弦论暗示了微观世界的一种全新结构。原来弦论模型（所谓的超弦）能描述物质，而且只能假设构建于十维空间中。实际上，我们感知的只有其中四维（三维空间和一维时间），而其余六维则卷曲在圆柱表面（其半径小得不为精密实验探测）。参数不能简化为点状粒子，以所谓的量子数，如电荷或自旋数，而现在全被解释为弦振模式及其在卷曲维（curled up dimensions）的拓扑位（topological position）。弦论描述的全部理论参数，根据理论而唯一确定。

在上个世纪九十年代，对弦论的理解彻底改变了。对于弦论发展重要的是发现弦对偶性现象。对偶理论（Dual theory）是将结构差异在物理意义上视为同一，故表观对偶是弦论的必要特征。现在一般假设超弦论的全部可能版本是彼此对偶的，比如它们形式上不同，而在物理理论上相同。从这个角度，弦论导致对世界的统一理论描述，而没考虑实验数据。

 

哲学实在论（Philosophical Realism）

实在论是一种哲学中的轴心观念，在各种哲学文本中被讨论。有两种层面的实在论问题，对于我们特别感兴趣：分析哲学中的形而上学实在论问题何科学哲学中的科学实在论问题。前者将真实性（或译为实在性）问题完全视为最基本形式。外部实在性（external reality）概念可能超越人类感知吗？而这种概念对于统一的哲学世界观是必要的吗？可论证的是，在各方批评中，该问题的两面比支持它们自己的立场更有说服力。反实在论者强烈认为实在主义者对用外部实在性所表达的东西没有清晰概念。反实在论者的解释是基于不充分而且没良好地定义的“人类直觉外推”，人类幻想能提供一种可理解的观念---世界独立于人类知觉。反之，实在主义者对于其主张有良好的论据，认为解构超越人类知觉的任何基础的哲学立场，一定最终导致完全相对主义（radical relativism；实际上为法国反构成主义者所采用）或完全唯我论（radical solipsism）。

形而上学实在论的历史很有希望在形而上学实在论与反实在论之间发现折中立场，以能够避免二者的错误。这些成果之祖可追溯到康德的“Ding an sich”（自在自为），即假设一种先验世界，但将其置于超越人类理解力的不可达到的境地。近代历史的重要哲学企图是奎因（Quine）的自然化本体论（naturalised ontology）和帕特兰（Putnam）的内部实在论（internal realism）。但常讨论的是，如果仔细分析，任何已知的中性概念是否可信地从两个方面加以界定。

    当科学实在论参与比形而上学问题还狭窄的问题，其哲学路线探讨相当类似。出发点是一致的，我们感知的世界物体是真实存在于某种感觉中，这如何能无关地植入形而上学论（即玄学）内。问题是不可见的科学事物，如电子、夸克或大爆炸，是否如它们可见事物那样理性真实的。科学实在主义者明确声称，经验主义论（即实证论）者只不过将科学理论理解为构造和预测可见现象的工具而已。对于经验主义者，科学客体假设最多是有用的，但不对应任何真实性，如外部世界中存在的电子。

    探讨的两个方面，都有驳倒它们各自的反对者。科学实在主义者怀疑在可见物体与理论物体之间可能存在一种有意义的联系。他们也认为纯经验主义者的科学观念不能解释其巨大成就。另一方面，反实在主义者认为，科学理论总难以被经验数据所确定（如，很多理论拟合每个数据库），一定提供一种理论主张是真正不公正的。

    关于科学实在论的争议，也企图发现一种介于两极之间的中间途径。但再次说明，这种令人信服的一般性中道立场还没有出现。

 

弦论的科学实在论意义（String Theory's Implications for Scientific Realism）

科学哲学之争直接基于科学论证分析。因此，可以说深刻的方法论改变了描述粒子物理演化直到弦论，这是该领域的哲学成果。三个基本思想得到认同：

第一个思想不直接关乎弦论。实证论者声称科学理论仅出于测量效应，这看来较少模糊，而更多的粒子物理演化已进行了。现代论可知后果的最低纲领（当前粒子物理它们还原到加速器实验拍摄的相册上的几根怪线）与大量理论概念截然不同。看似荒谬的是将基本粒子理论的复杂世界，降低到预测几个线图的辅助设施上去了，而它们本质上是完全不相关的，仅为了出现现代粒子实验的极端条件。

第二思想是经验主义的等价问题。经验主义的核心观点在于物理理论的不完全决定性（见实在论），被弦论中的理论活力所削弱。实际上，弦论已流行开了，在过去至少二十年直到现在是一个充满活力的领域，无实验验证，说明“理论独特性”（theoretical uniqueness）新原理的重要性增加。

该原理看来能给出一个甚至无需任何实验联系的理论演化方向。在弦论的语境中，理论一致性基本上足以明确构架（如，关于时空维度数的理论演绎）。理论独特性也可等同于弦论的构造性质，我们认为是构建科学范式的一种重要变迁。它不同意理论不完全确定性假设，因此不符合经验主义。

    第三个思想，是不认同科学实在主义的传统方式。弦论中，对偶原理具有很高地位。各种对偶弦论版本有同一物理学意义，但常包含不同的基本物体，具有不同的空间结构。从这个角度，理论上的基本物体看来是技术物体，取决于理论设计选择。它们看来远离实在主义的任何解释，恰似经验主义的构想。

    以上叙述的三个思想，经验主义和古典科学实在主义之间在总体上是相互矛盾的。一种方式是非本体论实在论（non-ontological realism），即精确地根据理论独特性现象。结果是我们所谓的“自洽结构实在论”（Consistent Structure Realism），将实在性归因于唯一的自洽理论结构，而无需将本体实在性（ontological reality）归因为其客体（object）。既然科学哲学中的抽象争论也探索朴素实在主义与经验主义之间的中道立场，自洽结构实在主义的目标就是超越满足物理必需。当代物理学发展，可能最终有利于解决科学哲学上的长期问题。存在于物理学与纯哲学争论之间的有趣的相互作用，被解释为两个领域的一种学术交流。（有关这部分的争论，见论文“Scientific Realism in the Age of String Theory”）。弦论对于形而上学实在论的意义，有趣的是提高“自洽结构实在论”的概念地位，看来有两个原因，在本文中它既有科学实在论的意义，也有形而上学论层面的意义。

    在科学哲学层面的表述，首先导致一种关于实在的独特的双向理解。一方面，包含可见物体（visible object；或译为显物体）的可观测世界；但另一方面，也一定包括非本体结构的理论世界。这种建构从科学哲学远景看来是有效的，但不是真正意义上处于形而上学层面的。因此，自然要试图统一关于实在性的双向概念，通过扩大对可见世界的科学体系的去意识形态化（de-ontologisation），因此将自洽结构提高到关于实在概念的唯一基础地位。这因以下事实而强化：形而上学实在论类似科学哲学的亲缘，而倾向于本体实在论与反实在论之间的中间立场。一般而言，自洽结构实在论就是非本体实在论的翻版，因此也可能是形而上学语境中令人感兴趣之处。

    在形而上学层面，试图将自洽结构当作实在的基础，面临大量难题。我们认为应寻求克服哲学这些困难，这已对形而上学实在论教学产生了影响，最终可能甚至对物理学发展产生影响。

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注：少见这种论文，或可读之。当然对文中某些观点，并不完全认同。本人非哲学专业，亦非物理专业，翻译不恰之处，还请指出。

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