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科学从来能发现关于现实的绝对真理吗？

2022-08-26 14:46阅读：

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科学从来能发现关于现实的绝对真理吗？
科学是绝对的吗？它的真理和发现引导我们朝向现实的本质，但我们必须始终对修正仍然开放思维的。
STARTS WITH A BANG — AUGUST 25, 2022
Ethan Siegel

科学从来能发现关于现实的绝对真理吗？

关于现实的真相被写在宇宙本身的脸上，能经由科学询问报的过程辨别。至少，这是我们做出的假设，到目前为止，它已经是相当成果的。但是，像所有其他科学想法一样，这总受到被用新的观察和实验推翻。(Credit: adimas/Adobe Stock)
关键要点
为了使一个假设、想法或甚至一个事实或定律变成科学真理，它必须清除一个巨大的证据标准，并通过一系列来到达到那里的仔细审查测试。
但我们所说的“科学真理”是与我们口语的真对假或对对错的想法非常不同的。
雖然科學總是尋求真理，但没有一个它的結論能从来被認為是
絕對的。然而，尽管这个限制，它是我们有的对现实的最佳指南。
以许多方式，人类的科学的努力是真理的终极追求。通过询问自然界和宇宙关于它自身的问题，我们寻求获得一个宇宙是什么样子、管理它的规则是什么以及事物怎样成它们今天的样子的了解。科学是我们从观察、测量和执行测试宇宙的实验获得的全套知识，但它也是通过其我们进行这些调查的过程。
可能很容易看我们怎样从这种努力获得知识，但科学家怎样得出一个科学真理的想法呢？当我们确实到达那里时，这些科学真理与我们的“绝对真理”观念有多紧密的相关呢？什么是靠其我们科学上确定某件事是真实的或不真实的基础呢？
科学上我们正在讲一个“真理”是某些与我们在日常言语和体验中口语上用它的方式非常不同的概念的时候。这里是怎样理解“真理”这个词的科学使用包括它对我们的现实意味的和不意味的。
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16世纪最大的谜题之一是行星如何以一种表观的逆行方式移动。这可以要么通过托勒密的地心模型（L）要么哥白尼的日心模型（R）解释。然而，让细节正确到任意精度是某些会需要在我们理解支撑观察到的现象的规则方面理论进步的东西，这导致了开普勒定律，并最终导致了牛顿的万有引力理论。(Credit: E. Siegel/Beyond the Galaxy)
让我们考虑以下陈述：“地球是圆的。如果你不是一个科学家（也不是平坦的地球的人），你可能会认为这种说法是无可指摘的。你可能会认为这科学上为正确的。事实上，说地球是圆的是一个实在的科学结论和一个科学事实，至少如果你把一个圆的地球和一个平坦的地球对比。
但总有一个额外的细微差别和警告在起作用。如果你要测量跨我们赤道地球的直径你会得到一个值：7926英里（12756公里）。如果您测量了从北极到南极的直径，则你得到一个略有不同的值：7900英里（12712公里）。地球不是一个完美的球体，而是一个近球形的形状，在赤道处凸起在两极处被压。
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从GOES-13卫星上完整地观看行星地球（一次人能看到多少）。在这张照片中，这颗行星可能看起来是完美的球形，但它的赤道直径略大于它的极直径：地球是更准确地近似于一个扁球体而不是一个完美的圆形球体。(Credit: NASA/GSFC/GOES-13/NOAA)
对一个科学家，这极好地说明与一个像科学真理一样的术语相关的警告。当然，地球是一个球体而不是地球是一个圆盘或一个圆这更真实。但是，地球是一个球体并不是一个绝对的事实，因为称它为扁球体比称它为球体更正确。甚至你这样做了，称它为一个扁球体也不是一个绝对的真理。
地球上有展示与一个光滑形状如要么球体或扁球体显着偏差的表面特征。有山脉、河流、山谷、高原、深海、海沟、山脊、火山等等。有些地方陆地延伸到海拔超过29000英尺（近9000米），有些地方直到你到达海洋表面以下36000英尺（11000米）时才会接触到地球表面。
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从马里亚纳海沟7000多米的深度，潜水器“胶龙”工作在沿西太平洋海底拍摄活的植物和动物上。马里亚纳蜗牛鱼是世界上最深的鱼类，一路延伸到8145米的深度。马里亚纳海沟包含世界海洋的最深处。(Credit: SOI/HADES/University of Aberdeen (Dr. Alan Jamieson))
这个例子突出一些重要的科学上的思维方式，这些方式与我们口语的思维方式不同。
科学中没有绝对的真理，只有近似的真理
一个陈述、理论或框架是否真取决于定量因素以及你检查或衡量结果的程度。
每个科学理论都有一个有限范围的实在性：在这个范围内，理论与真是无法区分的，在这个范围之外，这个理论不再是真的。
这代表一个与我们通常如何看待事实对虚构、真理对谬误或甚至对对错的方式巨大的不同。
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根据传说，第一个来显示所有物体无论质量如何以相同速度下落的实验是由伽利略伽利莱在比萨斜塔上进行的。在没有（或忽略）空气阻力的情况下，任何两个物体在引力场中落下都将以相同的速度加速到地面。这后来被编纂成牛顿的这个问题的研究的一部分，取代了早期一个恒定向下加速度的概念，这些概念仅适用于地球表面。(Credit: juliaorige/pixabay)
例如，如果你在地球上掉落一个球，你能问定量的、科学的它将怎样行为的问题。像地球表面的一切一样，它将以9.8米/秒²（32英尺/平方英寸）的速度向下加速。这是一个很好的答案，因为它近似是真的。
然而，在科学中，你能开始更深入地观察，看看这种近似值在哪里不再真实。如果你在海平面上、在不同的纬度上进行这个实验，你会发现这个答案实际上是从赤道的9.79 m/s²到两极的9.83 m/s²变化的。如果你去更高的海拔，你会发现加速度开始慢慢降低。如果你离开地球的引力拉力，你会发现毕竟这个规则不是普遍的，而是被一个更普遍的规则取代：万有引力定律。
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阿波罗使命的轨迹，由于月球离我们很近成为可能的。牛顿的万有引力定律，尽管它已被爱因斯坦的广义相对论取代的事实，但它仍然如此擅长在大多数太阳系尺度上大致真的，以至于它囊括我们从地球到月球并降落在其表面并返回所需的所有物理学。(Credit: NASA)
就科学定律而言，这个定律甚至更普遍真的。牛顿的万有引力定律能解释建模地球的加速度为一个常数的所有成功，但它也能做更多的。它能描述太阳系的卫星、行星、小行星和彗星的轨道运动，以及您在任何行星上的重量。它描述恒星怎样环绕星系内移动，甚至允许我们来预测如何发射一个火箭将人类送上月球，并有超常精确的轨迹。
但甚至牛顿定律有它的限制。当你接近光速移动或者非常接近一个极常大的质量，或者想知道在宇宙尺度上正在发生的（比如在膨胀的宇宙的情况下），牛顿不会帮助你。为此，你必须取代牛顿，移向爱因斯坦的广义相对论。
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一个引力透镜的插图展示背景星系或任何光路怎样被一个干预质量的存在扭曲，但它也显示空间本身如何被前景质量本身的存在弯曲和扭曲。在爱因斯坦提出他的广义相对论之前，他明白这种弯曲一定发生，尽管许多人仍然持怀疑态度直到1919年的日食（甚至在日食之后）证实了他的预测。爱因斯坦的和牛顿的对应该发生的弯曲量的预测之间存在一个显着差异，由于空间和时间都被广义相对论质量影响的事实。(Credit: NASA, ESA & L. Calçada)
对接近光速移动的粒子的轨迹，或者为了获得对水星（太阳系最近和最快的行星）轨道的非常准确的预测，或者来解释太阳（在日食期间）星光的引力弯曲或大量质量集合（例如在引力透镜的情况下， 上图），爱因斯坦的理论在牛顿失败的地方让它对了。事实上，对我们已经在广义相对论上抛出的每一个观察或实验测试，从引力波到空间本身的框架拖曳，它都以飞色通过。
这是否意味着爱因斯坦的广义相对论能被视为科学真理？
当您将其应用于这些特定方案时，绝对的。但是有其他我们能将其应用于的场景，所有这些场景都尚被充分的测试，在那里我们完全期望它不会给出定量上准确的预测。
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甚至两个合并的黑洞，在宇宙中一个引力信号最强的来源之一不会留下一个可以探测量子引力的可观测的签名。为此，我们必须创建探测要么相对论的强场体制，即在奇点附近要么利用巧妙的实验室设置实验。(Credit: NASA’s Goddard Space Flight Center)
关于现实我们能问很多问题，这些问题要求我们了解在引力重要的地方或者在空时曲率非常强的地方正在发生的：正是你想要爱因斯坦的理论的地方。但当你正在想到的距离尺度也是非常小时，你期望量子效应也是重要的，而广义相对论不能解释这些。这些问题包括如下问题：
当电子通过一个双缝时它的引力场发生什么？
如果黑洞的最终状态是衰变成热辐射形成黑洞的粒子的信息发生什么？
围绕一个奇点的一个引力场/力为是什么？
爱因斯坦的理论不仅会让这些答案错的，也不会有合理的答案来提供。在这些体制中，我们知道我们需要一个更先进的理论，比如一个实在的量子引力理论来告诉我们在这种情况下会发生什么。
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在黑洞表面编码的信息能是位信息，与事件地平线的表面积成正比。当黑洞衰变时，它衰变成一个热辐射状态。这些信息是否存活并被编码在辐射中，如果是这样，如何，这不是一个我们目前的理论能提供答案的问题。(Credit: T.B. Bakker/Dr. J.P. van der Schaar, Universiteit van Amsterdam)
是的，地球表面的质量以9.8 m/s²的速度向下加速，但如果我们提出正确的问题或进行正确的观察或实验，我们能发现这种对现实的描述在何处以及怎样不再是真理的一个良好近似。牛顿定律能解释这种现象和许多其他现象，但我们能发现向我们展示牛顿也是不足的地方的观察和实验。.
甚至用爱因斯坦的广义相对论取代牛顿定律导致同样的故事：爱因斯坦的理论能成功地解释牛顿能解释的一切以及其他现象。其中一些现象当爱因斯坦构建他的理论时已经为人所知。其他的还没有被测试。但我们能肯定甚至爱因斯坦最伟大的成就总有一天也会被取代。当它发生时，我们完全期望它将以完全相同的方式发生。
quantum gravity
量子引力试图将爱因斯坦的广义相对论与量子力学相结合。对经典引力的量子校正被可视化为循环图，如图所示的白色。空间（或时间）本身是离散的还是连续的还没有被决定，就像引力是否毕竟被量子化问题一样，或者我们今天所知道的粒子是否是基本的。但如果我们希望一个一切的基本理论，它必须包括量子化的场，而广义相对论靠它本身不能做到。 (Credit: SLAC National Accelerator Laboratory)
科学不是关于发现宇宙的绝对真理。无论我们多么想知道现实的基本性质是什么，从最小的亚原子尺度到最大的宇宙尺度甚至更远，这都不是某些科学能提供的东西。我们所有的科学真理都是暂时的，我们必须认识到，它们只是现实的模型或近似值。
甚至将想象到的最成功的科学理论，就其本质而言有一个实在性的有限范围。但是我们能把我们喜欢的任何东西理论化，当一个新理论满足以下三个标准时：
它取得流行的、预先存在的理论的所有成功，
它在当前理论已知失败的地方取得了成功，
并且它对与先前理论不同的最新未测量现象做出了新颖的预测，这些现象最终通过了关键的观察或实验测试
它将取代当前的科学真理，成为我们的一个科学真理的最佳近似。
singularity
我们的整个宇宙历史理论上被很好的理解，但只是在定性上。通过观察上证实和揭示在我们宇宙的过去一定已经发生的各个阶段，比如第一批恒星和星系何时形成以及宇宙怎样随时间膨胀，我们才能真正来理解我们的宇宙。在热大爆炸之前来自一个膨胀状态印刻在我们的宇宙上的遗物签名为我们提供一种来测试我们的宇宙历史的独特方法，但甚至这个框架也有根本的限制。(Credit: Nicole Rager Fuller/National Science Foundation)
我们目前持有的所有科学真理，从基本粒子的标准模型到大爆炸到暗物质和暗能量到宇宙膨胀等等都只是暂时的。它们极端准确地描述宇宙，在所有先前框架已经失败的体制中成功。然而，在我们到达它们的预测不再是有意义的或最终不再描述现实的地方之前我们能采取它们的涵义。它们不是绝对的真理，而是近似的、暂时的真理。
从来没有任何实验能证明一个科学理论是真的。我们只能证明它的实在性要么延伸要么不能延伸到我们测试它的任何体制。一个理论的失败实际上是最终的科学成功：一个来发现一个甚至更好的科学真理来近似现实的机会。每当我们发现我们目前的理解不足以来解释所有存在的事物时，是的，它是错的：以最好方式想象的错。
https://bigthink.com/starts-with-a-bang/science-absolute-truth/ Time

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