我们需要万物理论吗？

我经常被问到是否可以评论一下别人关于一切的理论。这可能是加勒特·利西的E8理论，或者是埃里克·温斯坦的几何统一性，或者是斯蒂芬·沃尔弗拉姆的宇宙只是一个大图形的观点，等等。那就好。让我告诉你我对这件事的看法。但恐怕这不是你想听的。

在我们开始之前，让我提醒你们物理学家所说的“万物理论”是什么意思。就我们目前所知，宇宙和宇宙中的一切由四个基本的相互作用维系在一起。这就是电磁力，强核力和弱核力，以及重力。你所熟悉的所有其他力量，比如范德华力，或肌肉力，或将你拉向维基百科上无限链接序列的力，这些都是源自四个基本互动的非基本力。至少在原则上是这样。

现在，三种基本的相互作用，电磁力和强核力和弱核力，属于同一类型。它们被收集在粒子物理的标准模型中。标准模型中的三种力由量子场论来描述，简而言之，这意味着所有的粒子都遵守量子力学的原理，比如测不准原理，它们可以纠缠等等。然而，引力是由爱因斯坦的广义相对论描述的，对量子力学一无所知，因此它有别于其他三种力。这是个问题，因为我们知道标准模型中的所有量子粒子都有引力。但我们不知道这是如何运作的。我们只是没有一个理论来描述基本粒子是如何引力的。为此，我们需要一个关于重力量子行为的理论，一个被称为“量子引力”的理论。

我们需要量子引力理论，因为广义相对论和标准模型在数学上是不相容的。到目前为止，这只是一个纯粹的理论问题，因为根据我们目前所能做的实验，我们不需要使用量子重力。在目前所有可能的实验中，我们要么测量量子效应，要么测量粒子质量太小，以至于我们无法测量它们的引力。或者我们可以观察到一些物体的引力，但是它们没有量子行为。所以，目前我们不需要量子引力来描述任何观测。然而，这种情况有望在未来几十年内改变。我在之前的一段视频中谈到了这一点。

除了缺失的量子引力理论，物理学家对标准模型还有其他各种问题。最值得注意的是，虽然标准模型中的三种力都属于同一类型，但它们也都不同，因为每种力都属于不同的对称类型。物理学家更愿意将所有这些力统一为一个，这意味着它们都将来自相同的数学结构。

在许多情况下，该结构是一个大的对称群。因为我们没有观察到这一点，所以我们的想法是，大对称性只会在能量高到我们还无法测试它们的时候才会显现出来。在我们到目前为止测试过的能量下，对称性必须被打破，这就产生了标准模型。这种标准模范力量的统一，简称为“大统一”或“大统一理论”。

那么，物理学家所说的万物理论就是一种理论，所有四种基本的相互作用都是从这个理论派生出来的。这意味着它既是一个大统一理论，也是一个量子引力理论。

这听起来是个好主意，是的。但。没有理由实际上应该用万物理论来描述自然。虽然我们确实需要量子引力理论来避免自然规律中的逻辑不一致，但标准模型中的力不一定要统一，它们也不一定要与引力统一。会很漂亮的，是的，但是没有必要。标准模型在没有统一的情况下工作得很好。

所以这个万物理论的整个想法是建立在一个不科学的前提之上的。有些人希望自然规律以一种非常具体的方式变得漂亮。他们希望它简单，他们希望它是对称的，他们希望它是自然的，在这里我必须警告你，“自然”是一个技术术语。所以他们知道他们想要什么是真的。然后，他们偶然发现了一些让他们印象特别深刻的数学，他们开始确信，它肯定对自然规律起到了作用。简而言之，他们发明了一种他们认为的宇宙应该是什么样子的理论。

这根本不是发展科学理论的好策略，当然也不是标准的方法论。事实上，情况恰恰相反。在理论发展中依靠美，从历史上看是行不通的。在物理学中，理论发展的突破来自于数学矛盾的解决。我真的写了一本书，关于物理学基础的研究人员坚持使用理论发展的方法是多么有问题，我们没有理由认为这些方法应该奏效，而且事实上是不起作用的。我写了一本书，内容是关于物理学基础的研究人员坚持使用我们没有理由认为应该奏效的理论发展方法。

对万物理论和大统一的探索始于20世纪80年代。物理学家提出的理论在某种程度上是可证伪的，它们已经被证伪了。自然界显然对物理学家们认为的数学问题不屑一顾。

话虽如此，你认为我对利西、温斯坦和沃尔夫拉姆试图建立万物理论有何看法？嗯，科学史告诉我们，他们猜测一些漂亮的数学并希望它对某些东西有用的方法是非常没有前途的。这并不是不可能的，但几乎可以肯定这是浪费时间。我已经足够仔细地研究了利西、温斯坦、沃尔夫勒姆和其他许多人的万物理论，能够告诉你，他们没有令人信服地解决现有基本理论中的任何实际问题。我不想再仔细看了，因为我也不想浪费时间。

但我不喜欢评论个人对一切的理论。我不喜欢它，因为它让我觉得非常不公平。这些人大多是单独工作或以小组形式工作的研究人员。他们非常专注于自己的追求，并为此付出了令人难以置信的努力。他们大多不交税，所以这真的是他们的私事，我凭什么评判他们呢？此外，你们中的许多人显然发现，有天才对周围的一切都有理论是一件很有趣的事情。我觉得没问题。

我有一个问题，如果理论，尽管被证明是无用的，成长为大型的，纳税的研究项目，雇用了数千人，就像弦理论，超对称和大统一所发生的那样。这就产生了一个问题，因为它会消耗资源，并可能完全阻碍进展，这就是在物理学基础上发生的事情。

像利西、温斯坦和沃尔夫拉姆这样的人至少提醒我们，大程序并不是你能用数学做的唯一事情。所以，听起来很奇怪，虽然我不认为他们的具体研究途径比弦理论更有前途，但我很高兴他们还是这么做了。事实上，物理学需要更多像他们这样的人，无论多么困难，他们都有勇气走自己的路。

简要的总结是，如果你听到一些关于新提出的万物理论的东西，不要问这个数学是否正确。因为许多从事这方面工作的人都很聪明，他们知道自己的数学，这可能是对的。你和所有报道这类事情的科学记者应该问的问题是，我们有什么理由认为这段特殊的数学与现实有关。“因为它很漂亮”不是一个科学的答案。我从来没有见过一种能给这个问题提供令人满意的科学答案的万事万物的理论。

萨宾·霍森费尔德是法兰克福高级研究院的高级研究员，她在那里从事超越标准模型、现象学量子引力和广义相对论修正的物理研究，如果你想更多地了解物理学基础出了什么问题，请阅读她的书《迷失在数学中：美如何引领物理学迷失方向》。

这篇文章最初发表在霍森菲尔德的博客Backaction上，经许可转载。