霍金认为建立描述宇宙的统一理论可能性不大

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有没有一个能描述整个宇宙的统一理论?英国著名科学家霍金今天在北京发表报告认为,这一梦想实现的可能性不大。
自爱因斯坦晚年尝试建立一个能描述自然界所有力的统一场论后,很多科学家一直在追求建立一个能描述整个宇宙的大统一理论。霍金在今天开幕的北京国际弦理论会议上发表题为《哥德尔与M理论》的报告中指出,尽管自爱因斯坦之后科学家又发现了很多自然界的基本特征,提出了一些新理论,但目前我们关于宇宙的所有理论“既不协调,又不完善”。他认为,不太可能建立一个单一的能协调和完善地描述宇宙的理论。
霍金说,他的这一推测基于数学领域的哥德尔不完备性定理。哥德尔不完备性定理指出,在任何公理化形式系统中,总存留着在定义该系统的公理的基础上既不能证明也不能证伪的问题。也就是说任何一个理论都有解决不了的问题。霍金认为,在物理学领域,很可能存在类似的规律,因此建立一个简一的描述宇宙的大统一理论是不太可能的。
在当今国际物理研究领域,很多科学家提出有可能存在一个能描述一切物理现象的理论,并把这一理论称为超弦理论。超弦理论认为弦是物质组成的最基本单元,所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振动激发态。它有可能将20世纪创立的两大基础理论广义相对论和量子力学完美地结合起来。
中国科技大学校长朱清时院士在就霍金今天提出的观点接受新华社记者电话采访时认为:“世界是多元化的。生物具有多样性,人类文化具有多元性,宇宙也应该是多层次和复杂的。目前,人类刚刚认识到生物多样性的重要性,我相信物理学家们也会逐渐理解到宇宙是多元化的,因而不可能用单一的理论描述它。”
17日至19日召开的北京国际弦理论会议是由中国科学院理论物理研究所、晨兴数学中心和中国高等科学技术中心联合举办的。来自世界各地的200多名理论物理学家和数学家参加会议。霍金、威滕、丘成桐、格罗斯和施特勒明格等13名世界著名科学家应邀参加会议并在大会上作报告。
特写:聆听霍金
宇宙是什么样子的?宇宙为什么是这个样子的?有没有一个描述整个宇宙的统一理论?为了聆听“活着的爱因斯坦”、英国科学家霍金的答案,今天开幕的北京国际弦理论会议主会场内座无虚席。不过,在接近中午霍金登台之前,这位大科学家一直坐在轮椅上远远地聆听同行们的报告。
霍金没有被安排在前排就座是因为他要不时到休息室休整。他的轮椅被安放在报告厅最后排的过道上。在聆听完另一位著名物理学家、美国普林斯顿大学威滕教授的报告之后,会议主持人世界著名数学家、菲尔茨奖获得者美籍华人丘成桐宣布请霍金上场。这时全场响起一阵热烈的掌声,霍金的助手、护士等五六个人抬起他的轮椅一个台阶一个台阶地从报告厅后边缓慢地走到主席台前,将轮椅小心地安放在主席台前的过道上,然后霍金的护士特意地将一个靠垫安放在霍金的脑后。
主席台前只剩下霍金一个人了。他身穿蓝底白格衬衣,身体卷曲在轮椅上,偶然眨动的眼睛盯着轮椅前的计算器屏幕。计算器屏幕上闪动着一段段英文句子。那是他报告的讲稿。他必须用3个能活动的手指操纵一个特殊装置选择这些句子,然后安装在轮椅上的计算器指挥语音合成器把这些句子“说”出来。
全身肃静,霍金搭在膝盖上并向上卷曲的左手微微蠕动,足足等了一二分钟,突然场内响起了一个金属质感的声音:“你们能听见我的讲话吗?(Can you hear me?)”全场回答“Yes”。报告就这样开始了。投影仪在报告厅的银幕上打出了报告的名字:“哥德尔与M理论”。尽管霍金“讲话”非常简短,“讲话”的时间和停顿的时间差不多,但由于报告的幻灯片非常精美,上面展示的图像和文字给予观众足够的信息,因而场内很多人一刻不停地做着笔记。
霍金说,自古以来人们就一直尝试建立宇宙的统一模型,从亚里士多德到牛顿,人类对宇宙的认识走过了一段曲折的道路。牛顿的理论问世后,人们似乎认为找到了一个能解释一切自然现象的理论,所以19世纪初,法国科学家拉普拉斯就声称:“如果我们知道某一时刻宇宙内所有粒子的位置和速度,那么我们就可以预测宇宙的未来。”
但20世纪量子论的问世使得绝对的决定论失去了基础,因为量子论的测不准原理认为,不可能同时准确地测到一个粒子的位置和速度。后来,科学家又发现了混沌现象,即在一处很小的扰动会在另一处引起巨变。一只蝴蝶在一个地方扇扇翅膀,就可能在很远的一个地方引起大雨。这就是为什么天气预报不准确的重要原因。因此,绝对的决定论就更站不住脚了。
拉普拉斯的梦想破灭了,那么会不会出现一个新的描述整个宇宙的统一理论呢?自爱因斯坦晚年尝试建立一个能描述自然界所有力的统一场论后,很多科学家一直在追求建立一个能描述整个宇宙的大统一理论。
目前,很多科学家提出有可能存在一个能描述一切物理现象的理论,并把这一理论称为M理论,或超弦理论。中国科学院理论物理所研究员朱传界在报告会后接受新华社记者采访时解释说,M理论又称膜(Membrane)理论、矩阵(Matrix)理论、母(Mother)理论和神秘(Mystery)理论。它认为弦或者膜是物质组成的最基本单元,所有的基本粒子如电子、光子、中微子和夸克都是弦或膜的不同振动激发态。它有可能将20世纪创立的两大基础理论广义相对论和量子力学完美地结合起来。
在综述了近年来M理论的最新进展后,霍金回到了报告的主题。他着重阐述了哥德尔不完备性定理。这一定理是数学家库尔特•哥德尔1931年证明的。它指出,在任何公理化形式系统中,总存留着在定义该系统的公理的基础上既不能证明也不能证伪的问题。也就是说任何一个理论都有解决不了的问题。尽管自爱因斯坦之后科学家又发现了很多自然界的基本特征,提出了一些新理论,但霍金毫不客气地指出,目前我们关于宇宙的所有理论“既不协调,又不完善”。这说明在物理学领域,很可能存在类似哥德尔不完备性定理的规律。因此他认为,不太可能建立一个单一的能协调和完善地描述整个宇宙的理论。
霍金在《时间简史》和《果壳中的宇宙》中,在今天将近1个小时的报告中给我们描述了宇宙是什么样子的,部分回答了宇宙为什么是这个样子的。但对于人们一直热衷的大统一理论,今天他却泼了一盆冷水。霍金坦言自己对这个结论也有一个接受的过程。他说以前他坚信能建立一个单一的描述整个宇宙的理论,现在他的想法变了。
就霍金今天提出的观点,新华社记者电话采访了中国科技大学校长朱清时院士。他认为:“世界是多元化的。生物具有多样性,人类文化具有多元性,宇宙也应该是多层次和复杂的。目前,人类刚刚认识到生物多样性的重要性,我相信物理学家们也会逐渐理解到宇宙是多元化的,因而不可能用单一的理论描述它。”
我国超弦理论专家朱传界对新华社记者说:“霍金今天提出了一个问题供大家探讨,即便霍金的结论是正确的,物理学家也不应灰心,因为还有更多、更完善的理论需要我们去创建。”
新华网 2002-08-17
 
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