傑出的物理理論應該具備哪些特點?

時間 2021-05-29 23:44:50

1樓:

一點淺見:

所有理論在初期都應該稱為模型比較恰當。最重要的是(按照重要度)

1.物理影象要make sense,能夠catch住最基本的物理。(連1都做不到的不可能在圈子裡生存下去)

2.能夠帶動community中實驗發展的方向(告訴實驗學家,我們可以測什麼,未來若干年內應該測什麼,測什麼可以了解到哪部分物理資訊)。應該是由簡單清晰的物理影象構造出的理論來帶動實驗,而不是由實驗去湊理論。

3.能夠描述現有相關實驗現象,並且具有predictive power。(這可不是乙個簡單的事情,可能需要幾代PhD和postdoc的努力)

4.模型的輸入量盡可能少,以減少輸入誤差對模型可預言範圍內輸出物理量的誤差(這是件很tricky的事情,你既不能讓你的模型引數過多以失去predictive power,也不能讓引數過少導致把話說死早早斷送乙個可能的確描述了正確的物理的模型)。所以需要注意的是,模型的引數也並不是越少越好。

而且過於簡單的零參模型未必足夠描述實驗,比如世界上最簡單的物理模型the model of trivial:"世界上所有可測量的值都為0",沒有任何引數,同時say nothing。更精細模型有更多引數是自然的,隨著時間推移一些引數被實驗定下來引數變少也是自然的。

當乙個模型在整個圈子的同行共同努力下變得更為精細,能夠解釋和預言絕大部分模型相關的實驗現象時並且得到公認的時候,我認為稱為理論才比較合適。

市面上常有一些與實驗脫軌的理論,雖然有些很fancy,但這些理論大多只能做到1,好點的做到4。這樣的理論有可能會produce negative knowledge。這其中,有些理論可謂是幾十年後的理論生在了今天,雖然其predictive power讓人很絕望,但也遲早總得有人去做,因為某種程度上做到了1。

2樓:自有歲寒心

可證偽對於研究前沿來說比較難,新理論自身都還難說完備,有時候連新理論的創立者都不能完全吃透,要證偽就更難說了。不管怎樣,當乙個新的理論出來並且初現巨大威力的時候,作為研究人員來講,從正反兩方面來完備它和認識它,而是不是找個莫須有的理由來拒絕它。呵呵,要是我也是研究物理的,剛好碰到新理論,開疆拓土最重要,證偽再說。呵呵

3樓:shaoke

簡單的說:自洽,續洽,他洽,可證偽

廣義上講,非科學理論只要滿足前三點就可以了,但科學理論必須有第四點。

所謂自洽,即在假設這個理論的公理成立的情況下,通過邏輯工具的推導不會在理論內部匯出矛盾。比如,在牛頓力學中,運動三定律(加個萬有引力定律)便是公理;在狹義相對論中,光速不變便是公理。在物理理論中,推導工具主要是數學。

如果乙個理論連自洽都做不到,就不要提出來侮辱大眾智商了。

由此看來,由於哥德爾不完備定理(雖然嚴格的哥德爾不完備定理僅限於皮亞諾公理形式的一階數理邏輯,但是我認為廣義上看,任何理論體系都會受到不完備定理的影響。這我沒法給出證明,如果不認同這個觀點,本段內容可跳過),如果乙個理論試圖去解釋一切,那麼它的內部必能匯出矛盾;如果希望沒有矛盾,就不要去追求理論的完備性。所以我不太認為所謂的「大一統理論」客觀存在。

續洽,即這個理論能在一定範圍、一定程度上、一定時間段內,解釋新的觀測現象或在現有體系內無法解釋的現象。比如相對論解釋了牛頓體系解釋不了的水星進動,波粒二象性解釋了光電效應,蒲朗克的量子理論解釋黑體輻射,而這些理論直到今天也還在很好的解釋高速或微觀領域的眾多現象。但這兩個理論並不能解釋對方範圍內的現象。

他洽,有兩個方面。1、新理論需要能夠和現有理論一起解釋已經解釋的現象。比如相對論在速度遠小於光速的時候就退化成了牛頓理論,量子論在忽略蒲朗克常量的情況下也一樣。

2、新理論通常要在學術共同體認同的科學正規化內提出,並且和現有科學正規化相容。一般民科的理論都蔑視這一條(其實民科理論基本上這些條件都不會滿足,但首先是違背這一條——和現有科學正規化對著幹)。由於科學正規化也會演化,所以頂級牛X的理論最終會使得學術共同體接受新的科學正規化(正如蒲朗克的科學定律:

「乙個新的科學真理取得勝利並不是通過讓它的反對者們信服並看到真理的光明,而是通過這些反對者們最終死去,熟悉它的新一代成長起來」)。不過縱觀人類三百多年的科學史(從牛頓算起),這樣的頂級牛X理論可能也就是牛頓理論(開創基於因果律的經典物理和真正的「科學」)和量子理論了(開創不基於因果律的現代物理)。相對論要稍微低一丁丁點的原因是其依然是基於因果律的經典物理理論。

可證偽,即理論所基於的公理或假設必須以客觀的、最清晰、最決斷的方式下乙個論斷,不能有任何模稜兩可或模糊不清或能主觀解釋的地方。「兩個物體做自由落體運動,重的那個先落地,這便是乙個科學論述,即便它已經被證偽了;而「范冰冰比章子怡漂亮」則不是。這種論述方式使得理論「一絲不掛」的暴露在懷疑者面前,沒有逃避的餘地。

因此,任何科學理論都要隨時準備好遇到不能解釋的現象,要麼修改,要麼徹底被證偽,等待被下乙個理論取代。這幾乎是必然會發生的。

4樓:

我覺得,還是【創新性】吧。

@高瑞均說的前三點:自洽,能解釋已有實驗,能給出可實驗驗證或證偽的預言。這些都非常贊同,也許能算是對乙個物理理論的基本要求了。

後面的形式優美、有哲學解釋,大概是理論物理研究者、學生的共同追求吧,不過其它方向的物理圈子人一般都不敢奢求吧,只能說這種東西可遇不可求,特別是對做數值的……hhh

然後想補充的一點,也是電動力學課上李巨集老師和我們談過如何去鑑賞乙個工作是否漂亮:它是否完美詮釋了乙個前人沒有涉及到的(沒法涉及的或者預想不到的)引數空間裡的現象。

【我理解這句話時想到的最經典的例子比如,相對論在高速、強場下的詮釋,量子力學在微觀尺度的詮釋etc.。當然,這種殿堂級物理理論所開拓的「前人沒有涉及的引數空間」也是常人所難以企及的,現在如果能解釋某X材料在2K-3K的溫度範圍內的某種特異性質,大概都能使某個人成為某個領域的大牛了】

其實這句話我覺得如果用乙個詞總結的話大概最貼切的還是creative.

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