後真相時代的科學哲學——物理學哲學的視角_風聞

來源：《中國社會科學》(京)2019年第2期 作者：高策 喬笑斐

原帖：http://www.cssn.cn/zx/201909/t20190901_4965644.shtml

　　作者簡介：高策，山西大學科學技術史研究所教授；喬笑斐，山西大學科學技術史研究所講師。

　　標題註釋：本文為國家社會科學基金重大項目“當代量子論與新科學哲學的興起”(16ZDA1l3)階段性成果。

　　物理學尤其是基礎物理學的研究，構成了人們認識物質世界深層本質的主要來源，是我們瞭解和把握整個科學發展的基礎。20世紀以來，隨着基礎物理學理論的不斷革命和突破，人類對自然界的認識經歷了三個主要階段。第一階段以量子力學和相對論為代表，構成了整個物理學的支柱，其應用被延伸到了幾乎所有物理學的分支領域，徹底改變了人們對物理世界的理解；第二階段以粒子物理的標準模型和宇宙學的標準宇宙模型為代表，在物理學的統一方面取得了極大的進展；第三階段以超弦與圈量子引力為代表，雖然目前它們還只是數學結構，而非成熟的物理理論，但正因如此，哲學討論的意義更大。隨着科學研究的尺度進入普朗克標度，遠遠超出了現有實驗技術的可檢驗範圍，物理學中關於物質、時間、空間等一些基本概念的內涵被深刻地改變，正在醖釀着物理學史上一場新的革命，堪稱繼近代物理學革命與20世紀初量子論和相對論革命之後的第三次科學革命。

　　從科學哲學的角度來看，20世紀科學哲學的發展與物理學發展的三個階段是同步的。第一階段，量子論和相對論的建立，直接促成了科學哲學的產生；第二階段，兩個標準模型建立的過程，也正是科學哲學走向成熟的階段；第三階段，基礎物理學所建立的新的概念體系，已經超越了傳統科學哲學的範疇。兩個標準模型形成後，隨着希格斯粒子和引力波的發現，實驗進一步證實了量子力學和廣義相對論，但與此同時，仍然存在諸如暗物質、暗能量等現有的兩個標準模型不能解釋的問題。此時的情形非常類似20世紀初，一方面，傳統科學範式取得了極大的成功，我們似乎抓住了部分真理；另一方面，同時存在很多傳統範式無法解釋的現象，更深層的真理初露端倪。因此，我們引入後真相科學時代①來指稱這一時代。在這個全新的時代，科學理論越來越遠離科學實驗，人們可觀測的世界與客觀存在之間似乎橫亙了一條不可逾越的鴻溝，研究的尺度深入到了普朗克標度，科學家不得不在目前實驗不能給出驗證的現實條件下，從事艱苦的理論探索。其發展的方向以量子力學與相對論融合為目標，以超弦與圈量子引力為代表。相對應地，按照人們對真相涵義的理解，我們可以將整個科學史進行重新劃分。

　　前真相時代，從古希臘時期至哥白尼革命，典型代表為亞里士多德的物理學。該時代科學尚未從哲學中獨立，人們理解的真相很大程度上基於傳統、觀念和信仰等因素。

　　真相時代，從哥白尼革命至20世紀70年代標準模型的建立。該時代科學從哲學中獨立出來，基於數學推理和實驗驗證，形成了自己獨特的研究方法，對真相的理解主要基於經過經驗檢驗的科學理論。真相時代又可分為宏觀真相時代和量子真相時代兩個部分。宏觀真相時代，以牛頓力學和麥克斯韋電磁學為代表；量子真相時代，②以量子力學和相對論為代表，包括粒子物理和宇宙學兩個標準模型。

　　後真相時代，兩個標準模型之後，以超弦與圈量子引力為代表。

　　在新的時代，科學與哲學的關係也發生了微妙的變化，科學與哲學在科學探索的最深處似乎又相遇在一起。部分物理學家和數學家正在形成新的共同體，這個共同體的成員和哲學家又開始在一個平台上討論同樣的問題。一場新的科學革命正在醖釀，新的哲學理論也初見曙光，我們把正在萌芽中的新科學哲學理論稱為後真相時代的科學哲學。真相時代的科學哲學，關於科學理論真理性的辯護，都強烈依賴於經驗的檢驗。而在後真相時代，新的科學理論，一方面對傳統的科學觀念構成了極大的挑戰，另一方面，理論的真理性又很難通過實驗給出確認。因此，從哲學的角度審視科學中出現的挑戰以及科學變革的內在張力，並據此重塑科學哲學的基本理論，是當下科學哲學亟需處理的重要議題。

　一、時代特徵

從後真相時代回看整個科學的發展，呈現出了清晰的脈絡，使我們能更加深刻地理解不同時代的科學範式及其發展的內在規律。下文將從空間尺度、科學方法和科學認識等多個層面，對不同時代科學理論的特徵給出詳細説明。

　　(一)不同時代理論研究的空間尺度

　　前真相時代，物理學研究的尺度主要集中於人類肉眼所及的範圍。該時代研究的尺度大約為毫米到太陽系，而且只能觀測到星體的大概位置，沒有精確的測量；宏觀真相時代，放棄了以直接肉眼的觀察作為依據，觀察的手段不是自明的，而是依賴於新的理論和實驗技術。隨着實驗方法的不斷成熟和改進，物理學持續不斷地開闢出新的研究領域。該時代研究的尺度大約為原子到太陽系的範圍，而且觀測更為精確；量子真相時代科學研究的對象從宏觀世界過渡到了量子尺度，很多微觀粒子無法直接觀測，只能通過精密的實驗儀器(粒子加速器、大型天文望遠鏡等)觀測得到大量的數據，然後計算出相應的參數。該時代的研究尺度跨越了從夸克到整個可觀測宇宙的範圍。

　　後真相時代，人們開始深入到普朗克標度尋求引力和量子力學的統一。普朗克能量的值極大，普朗克時間的值卻極其微小，遠遠超過了現有粒子加速器的能量範圍。另外，在宇宙中也存在一些特殊的擁有量子引力效應的物理域，如大爆炸剛發生之後的宇宙、黑洞等，但是實驗上進行探測非常困難。因此，這一時代的研究尺度從普朗克標度跨越到了整個宇宙的誕生和演化，進入了目前技術幾乎無法探測的領域，很難通過實驗來對不同量子引力理論進行鑑別和驗證。

　　(二)不同時代科學的方法論特徵

　　前真相時代，數學、物理學都屬於哲學研究的範疇。整體而言，這一時代的自然哲學用常識經驗和邏輯論證的方式來證明假説，追求形式邏輯和對論證的純抽象分析。主要進行直觀的思辨，而不注重具體的操作，沒有與數學和實驗產生很緊密的聯繫。

　　宏觀真相時代的最大特點就是隨着數學和物理學的發展，兩者作為獨立的學科，逐漸從哲學中脱離出來。數學和實驗的地位凸顯，強大的數學工具和各種實驗儀器的發明大大推動了科學的進步和發展，取代了傳統思辨，成為新的知識獲取模式。

　　量子真相時代科學研究的對象從宏觀可直接經驗，過渡到了量子尺度，只能通過數學模型和精密的實驗儀器進行間接的認識。在理論中數學的、結構化的描述佔據核心位置，實驗需要在理論的指引下設計出來，對理論進行驗證，經驗的地位從發現功能弱化為檢驗和辯護功能。理論逐漸走到了實驗之前，由於對實驗手段的依賴，人們無法再通過經驗的積累來構建理論，而是首先在理論上有了明確的可檢驗預言，然後再設計實驗進行檢驗，整個實驗過程都滲透着理論的指引。

　　後真相時代，用實驗對理論進行驗證變得越來越困難，傳統的以經驗為基礎的科學方法論在這裏遭遇了極大的困難。物理學家逐漸從經驗研究，轉向純數學上的理性推理和對基礎概念的帶有哲學色彩的分析和討論，物理學、數學和哲學再次攜手一起研究新出現的問題。在這一階段理論的發展中，經驗的地位逐漸弱化，數學成為唯一的邏輯途徑，數學和物理學之間的界限越來越模糊，可能的發展趨勢為在數學和物理學分別走向統一的基礎上，走向建立在物理學大統一基礎上的數學大統一。

　　(三)不同時代科學的認識論特徵

　　認識論關涉的是人們對知識的信念，其中既包括知識的來源，也包括對知識真理性的判斷。人們對科學的認識很大程度上都是基於當時最成功的基礎理論，而基礎理論成功的背後都是以理論的統一描述為基本前提的。

　　前真相時代，托勒密提出了天體運動模型，天空中的天體都在繞着地球的圓形軌道上運動，而那些軌道本身也沿着圓周運動。通過本輪和均輪所構建的數學模型，能預言日食、月食和行星的運動——預言的精度達到千分之一，為天體的運行提供了一個統一的描述。

　　宏觀真相時代，牛頓力學又一次完成了統一。通過慣性定律，將運動與靜止統一；通過萬有引力定律，統一了包括地球在內的所有天體的運動規律。麥克斯韋則將電和磁統一起來，使人們意識到場是一種完全不同於物質實體的新的實在。量子真相時代，愛因斯坦首先用狹義相對論統一了所有類型的運動，然後用廣義相對論統一了引力場與時空幾何，徹底顛覆了牛頓的絕對時空觀。後來，弱電理論統一了電磁力和弱相互作用，量子色動力學統一了強相互作用，並一起構成了粒子物理的標準模型。在宇宙學中，大爆炸模型和暴漲模型共同構成了宇宙學的標準模型。可以説整個物理學史都是沿着統一的路線前進，統一已經成為理論物理學研究的終極目標。

　　後真相時代，仍然是統一之路的進一步延續。弦論統一了四種基本力，調和了相對論和量子力學的矛盾，被認為是大統一理論最有希望的候選者。同樣，圈量子引力是關於引力場的一種非擾動量子理論，也是為了將量子力學和引力理論兩個理論形式統一起來。兩個理論可能像量子力學發展過程中波動力學和矩陣力學一樣，以某種方式統一。③總之，新的物理學理論要想從舊框架下脱穎而出，必須首先從認識論上突破原有概念框架的束縛，在原本不同的概念之間建立新的聯繫，在新的統一背景下尋求物理意義上的終極統一理論。

二、後真相時代科學中的哲學問題

　　每個時代的科學都會形成一整套基礎研究的框架，這種框架既包括理論所處理的基本對象及其描述方式，也包括基於科學理論所產生的哲學觀念和科學認識論。不同的時代，科學不僅會開闢出全新的研究領域，產生新的哲學問題，同時也會對傳統哲學問題給出全新解讀。後真相時代雖尚未發展出成熟的理論，但是現有的研究已經可以對哲學的發展給出指引。後真相時代產生的新的哲學問題包括三個方面：首先，是從前真相時代產生並延續下來的基礎哲學問題，對這些問題，每個時代都會給出完全不同的理解，主要包括：宇宙的起源、物質本體論、時空觀念等；其次，是量子真相時代產生並延續下來的哲學問題，主要涉及量子力學的基礎問題，如測量問題、量子糾纏、夸克禁閉等；最後，是後真相時代新產生的哲學問題，需要從後真相時代的科學所呈現出的新特徵中尋找。

　　(一)宇宙的起源

　　對於宇宙的思考伴隨着整個人類的發展，宇宙學也一直試圖從其他學科(物理學、天文學)中汲取知識，將各自散碎的線索拼接成一幅完整的圖像，給出宇宙發生和演化的整體圖景。前真相時代，亞里士多德—托勒密的宇宙模型佔據主導地位。宏觀真相時代，雖然牛頓的引力理論重塑了宇宙的圖景，但仍將第一推動歸結為上帝。量子真相時代，大爆炸模型和暴漲宇宙模型對宇宙的起源給出了説明，並得到了實驗的驗證。後真相時代，又一次推動了宇宙觀念的變革，其表現在兩個方面：

　　首先，關於宇宙起源又掀起了新一輪的爭論。斯坦哈特(P.J.Steinhardt)等人激烈地抨擊了暴漲模型：“暴漲宇宙學，按照我們目前的理解，不能用科學方法來評估。”④以温伯格為首的主流科學家們則認為，暴漲理論經過了數學和觀測結果的修正，已經逐漸完善，所有的反駁都可以通過適當的修正而得以解決。爭論的根源在於，暴漲模型並不能嚴格地符合所有實驗預言，而是在新證據中不斷修正。

　　其次，平行宇宙的觀念全面滲透到了物理學的各個領域。著名科普作家格林的新著《隱藏的現實》⑤一書中，羅列了多達九種平行宇宙的不同版本，涉及了宇宙學、量子力學、弦論、計算機等領域。平行宇宙作為一個解釋性的假設，從一開始就來自一種解釋的語境，本身不是一個完整的理論。平行宇宙的支持者德義奇(Deutsch)認為：“只有承認存在尚未觀察到的物體，並承認他們具有一定性質的時候，我們所觀察到的物體的行為才能得到恰當的解釋。理解平行宇宙是我們盡力理解真實世界的前提。”⑥真實的世界遠遠大於我們感官所能感知的範圍，思想應該超越經驗的侷限去認識宇宙的性質，而平行宇宙則為我們認識宇宙本質提供了新的視野。

　　(二)物質本體觀念的變革

　　從古希臘時代，哲學家們就開始對世界的本源進行探究。隨着科學的發展，人類所認知的最小單元從樸素的原子論擴展到了可觀測的原子，之後又擴展到了基本粒子和夸克。反觀後真相時代目前較為流行的兩個理論，即弦論和圈量子引力，在物質本體論層面揭示出了完全不同的圖景。

　　從弦論的角度分析關於物質實體的假設，會發現弦論的本體論假設並不連貫，相比標準模型所確立的粒子和場的本體模型，弦論關於物質實體的本體論是非常破碎的。首先，弦論中最基本的本體論假設是用一維的、可以震動的弦取代經典的點粒子，然後又引出了多維空間和超對稱。其次，從弦論無法直接推出我們真實宇宙的常數和規律，而是導出了一個多宇宙的本體論圖景。最後，從弦論的數學結構看，傳統的以物質客體為基礎的本體論圖景失去了意義。⑦

　　圈量子引力所處理的對象不是像原子或弦這樣的物質實體，而是時空或引力場本身。傳統的量子場論中，量子態是閔可夫斯基時空中場的量子激發，而在圈量子引力中，量子態是由自旋網絡適當的線性組合描繪的。⑧自旋網絡並不對應任何實體，僅代表量子態的相對位置，將網絡的節點看作量子化區域，就能為體積等幾何量找到合適的算子。因此，從弦論和圈量子引力兩個理論所揭示的本體論圖景可以看出，傳統的、不斷還原的、處於時空中的物質本體論圖景已不再適用。

　　(三)時空觀念的變革

　　時空本體論問題的探討可以追溯至古希臘的自然哲學，亞里士多德將空間理解為類似容器的東西，否定真空，進而否定空間的存在。牛頓力學體系則以絕對時空觀為前提。空間和時間是類似於永恆不變的、普適的舞台，容納着宇宙中所有事物的變化。而萊布尼茨則認為空間是物體之間的關係的集合而並非實體，物體的所有方位都是相對的。如果沒有物質的存在，空間和時間就沒有獨立存在的意義。

　　狹義相對論放鬆了對時間和空間要素的嚴格區分。時空是一個具有洛倫茲度規的四維流形，這個“背景舞台”及其度規性質對所有事物的運動均產生影響。廣義相對論則帶來了更深刻的變革，引力場具有獨立的自由度，舞台本身變成了演員。廣義相對論描述的不是沿時間的演化，而是許多變量之間的相對演化。所有的變量都是“民主的”，並沒有哪個優選變量是“真正的時間”。時間不再被視為背景參量，而是固定的背景時空結構的一個方面。

　　到了後真相時代，在處理引力問題時必然會觸及對時空的描述，必須要對時間和空間的量子本性給出解釋。經典的時空流形作為背景通常是連續的，而量子則意味着離散。在極小的普朗克標度下，時空的流形概念已經不再適用。最初弦論是擾動的量子場理論從點推廣到弦來構建的，需要在平坦的背景時空中描述引力場的行為，和經典時空非常類似。後來威滕建議不應當把時空看作絕對的背景，弦的場理論自動生成時空，而且時空存在最小的量子尺度，任何圈都不能小於這個尺度，時空是離散的，故而不存在連續的背景。⑨在圈量子引力中，面積和體積這樣的空間變量是量子化的，其基礎的空間和時間更像一個組合網絡而不是連續的流形。時空的一般狀態是具有離散幾何特性的態的量子疊加，而不是一些離散的實體的集合。總之，根據量子引力理論所揭示的，普朗克標度上時間和空間都不是連續的，其本質都是離散的，物理世界不存在背景舞台。⑩

　　(四)量子真相時代延伸到後真相時代的哲學問題

　　量子真相時代的每個理論都各自存在很多無法解釋的問題。量子力學自提出以來一直面臨着一個尷尬的狀況。一方面，量子力學的數學形式對微觀粒子的行為作出了很好的預測和描述；另一方面，量子力學也一直存在着很多嚴重的、基礎性的概念問題。其中最為重要的就是著名的測量問題，即薛定諤貓佯謬。目前有很多種對測量問題的解釋，但是都未能給出完美的解決。玻爾的正統解釋出於實用主義的考慮，用坍縮假設來解決這個問題，但也付出了巨大的代價：引入了一名外在的觀測者或經典測量儀器，成了理論必不可少且不可分析的一個元素，並將測量人為地分解為兩個完全不同的動力學過程，這導致了理論根本上的不連貫。經過一個世紀的發展，從現實的角度看，似乎測量問題很難在現有的理論框架下得到解決。那麼，測量問題有可能在量子引力理論中得到根本的解決嗎？物理學家和哲學家已經做了大量的工作來討論這一問題。玻姆量子引力論在一些概念和物理問題上，如時間問題、黑洞、宇宙初始奇點等，得到了有意義的應用。(11)彭羅斯提出引力場是導致量子疊加態在變成宏觀效應之前坍縮的“觸發器”。原則上，這一解釋應當給出與標準量子力學不同的結果。不過這些研究都無法對測量問題給出最終的解決辦法。

　　廣義相對論本質上是一種經典場論，其解釋不像量子力學那麼具有爭議性。其哲學爭論很多都是圍繞時空的本性展開的，特別是關於時空絕對性與相對性之間的爭論，時空是受到物質的影響，還是由非物質的時空關係所決定？由此又引出了時空實在論與關係主義之間的爭論。

　　(五)後真相時代的哲學問題

　　首先，後真相時代對一些頗具爭議的傳統哲學問題給出了確定的答案。其一，關於傳統的哲學爭論，如芝諾悖論中關於空間和時間的無限可分性有了答案，在普朗克標度上時間和空間存在最小的單元。在圈量子引力中，面積和體積是量子化的，只能以離散的形式出現。在弦論中，弦的片段也是由離散的片段組成，每個弦片段都攜帶有離散的動量和能量。其二，在圈量子引力中，將世界看作一個隨時間演化的關係網絡，這種關係不是指空間內部各個事物之間的關係，而是指組成歷史的各個事件之間的關係。這些關係決定着空間，而不是空間決定這些關係。(12)這就為我們理解量子糾纏這種強關聯性給出了新的思路。其三，我們知道夸克是被禁閉在質子和中子內部，無法自由移動的。一般而言在描述電磁力時，只需假設一種荷，而夸克之間的力則關聯有三種荷，而且每種荷都有正負之分，很難對夸克的禁閉現象給出解釋。而通過弦模型只需要假設夸克之間由一根長度一定的弦相連，要分開夸克就必須拉伸弦，而這樣做需要很多的能量，且無論拉伸多遠，夸克之間始終存在着力。這樣就對束縛夸克的作用力給出了數學上極為成功的描述。

　　其次，後真相時代的科學中也新產生了一些哲學問題。主要包括：如何理解微分同胚不變性和對偶性的意義和地位；時間是真實存在的還是如愛因斯坦所説的時間只是一種幻覺；如何理解背景無關性及其在理論中的地位；如何解釋超弦與圈量子引力的衝突和聯繫，將來兩個理論是否會走向統一或是被更為基本的理論所替代。對這些問題的思考將進一步促進後真相時代科學的發展。

三、新科學哲學的產生

　　基於前文的分析，後真相時代科學發展的基本特徵已經明晰。在新的問題和形勢下，我們的科學可能正在經歷一場整體範式的轉變。這就意味着，傳統科學的整個體系，包括研究內容、研究方法以及認識論都要在新科學範式下經歷一場狂風暴雨般的洗禮，而科學哲學作為描述科學基本規律的元哲學理論，也面臨着革命與重構。下面將重點對科學哲學中的幾個基本問題給出分析。

　　(一)後真相時代的科學分界問題

　　後真相時代的科學，都遠遠脱離了日常經驗，無法用過去的經驗標準和證偽標準來進行合理的評判。面對弦論缺乏經驗檢驗的現狀，在科學界和哲學界引發了極大的震動。2014年12月喬治·埃里斯(George Ellis)和喬·西爾克(Joe Silk)聯名在《自然》雜誌上發表《捍衞物理學的完整》(13)一文。文章對當前流行的弦論和多宇宙理論進行了分析和批判，指出物理學內部逐漸呈現出一種令人擔憂的趨勢，面對目前理論經驗檢驗越來越困難的現狀，一些物理學家明確提出理論的完備性和解釋力就可以證明理論的合理性，不需要實驗檢驗。這樣就徹底打破了經過幾個世紀建立起來的經驗論傳統，從根本上改變了科學的定義。該文進一步促成了2015年12月在德國路德維希—馬克西米利安大學，“為什麼相信理論？反思現代物理學的科學方法論”為題的研討會，會上物理學家和哲學家圍繞弦論的經驗檢驗問題進行了深入而廣泛的討論。對於弦論的爭論在物理學領域裏，主要集中於在缺乏實驗檢驗的情況下，弦論是否是對客觀實在的描述，而不是一個玩具模型。在科學哲學領域的爭論，主要在於弦論在缺乏經驗驗證的情況下發展，是否應該弱化甚至取消經驗標準對理論的約束，另外在新的現實條件下應該如何重新構建相應的科學哲學研究。哲學家理查德·戴維德(Richard Dawid)(14)試圖用哲學的方法進行辯護，主張用貝葉斯主義的概率方法來對理論的真實性進行評價，並提出了三點非實證的論證，引發了很多爭議。(15)

　　後真相時代的科學分界絕不能放棄經驗標準，而是需要積極尋求新的檢驗方式。除了進一步改進實驗手段，還可以從如下思路着手：首先，通過理論結構的等價性進行尺度轉換。從量子場論中的經驗表明，通過非擾動效應可以改變可探測的尺度，如x可以很小，那麼就很大，因此可以將小尺度的測量值轉換為較大尺度的值。對偶性也是同樣的道理，可以通過等價性，將一個理論中較難求解的問題，轉換到另一個理論中進行求解。其次，通過數學與物理學的統一性和同構性，打通不同的理論分支，從而得以相互印證和檢驗。上述兩種思路，可能會成為後真相時代科學分界問題討論的新基點。

　　(二)後真相時代的科學研究範式

　　科學研究的範式，從狹義上講，特指在科學研究中形成的特定的處理問題的方式和概念框架。從廣義上講，則泛指科學共同體在科學實踐中所形成的理論、組織、信念等多種因素。這裏我們僅從狹義的角度來討論後真相時代的科學範式。在庫恩的理論中，新舊範式的轉化其根本原因在於實驗的反常，即“認識到自然界總是以某種方法違反支配常規科學的範式所做的預測”。(16)而後真相時代的反常則更多的是指理論本身的不連貫，而非實驗。後真相時代的科學研究範式，是在實驗證據稀缺的高能物理學領域，一種高度概念化、數學化的研究方式。要理解這種範式，必須深入到理論之中，尋找貫穿整個理論的基礎性原則。

　　回顧20世紀，通過對麥克斯韋、愛因斯坦、狄拉克、楊振寧等物理學家研究工作的考察可以看出，對稱性原則是整個理論物理學發展的內在動力。從洛倫茨對稱性導出狹義相對論；從座標變換不變性和局域洛倫茨不變性導出廣義相對論；電動力學可以表述為阿貝爾規範場，具有局域變換不變性；楊—米爾斯場，是粒子物理的基礎，也具有局域變換不變性。(17)同樣，新的物理學研究範式也出現了兩個重要的原則：對偶性和微分同胚不變性，它們可能會像對稱性原理在20世紀物理學所起的作用一樣，成為21世紀物理學發展的核心原理。

　　對偶性，簡單來講就是一種超越理論本身的等價性，兩個對偶理論，雖然擁有完全不同的理論形式和時空描述，卻描述了相同的物理學。(18)比如，在高能領域，因為其中有很大的能量波動，極不穩定，因此很難計算，但是我們可以先在對偶的低能理論下進行計算，然後通過對偶變換得到高能解。另外，在弦論中，可以通過對偶性將五種不同的弦論統一起來，五種弦論不過是更為基礎的M理論的不同表現。從各種新的對偶性和非擾動結果中可以宣告：一種全新的基礎理論的框架誕生了。(19)

　　同樣，在廣義相對論中，時空微分同胚羣起着重要作用，可以將其理解為一種規範對稱性。微分同胚是時空的主動變換(active transformations)，不變性意味着時空中的點不具有直接的物理意義，唯一具有直接物理意義的是在變換下具有等價類的空間，即如果兩種場構型是由一種微分同胚聯繫起來的話，就認為它們是物理上等價的。通過一組微分同胚約束條件的方程，可以保證理論的背景無關性。

　　(三)後真相時代的研究綱領

　　英國著名物理學家彭羅斯指出：“如果我們物理理解的進一步深入無法通過實驗來獲得，那麼就只能越來越倚重於對數學應用於物理的各自可能性和深度的認識，以及通過對數學的精妙和美感的充分鑑賞，來嗅出恰當物理思想的能力。”(20)21世紀物理學的研究綱領將會以數學和物理學的統一為根本標誌，兩者互為依託，互相促進。在物理學中，構建一個完備的統一理論一直是物理學家們畢生所追求的理想。在這一目標的指引下，粒子物理的標準模型得以建立，之後以弦論與圈量子引力為代表的量子引力研究主導了理論物理學的研究。隨着弦論與圈量子引力的發展，兩個理論已經有融合的趨勢。其一，兩個理論中不斷地出現很多相同的數學概念和結構。例如：它們所描述的幾何特性都是非交換的，而康內斯的非交換幾何打破了傳統的空間概念，消除了點的概念，可以對相對論、量子論中的很多數學問題給出很好的描述。其二，兩個理論雖然都旨在描述普朗克標度上的物理規律，但是兩者描述的尺度並非完全一致。可以大致理解為弦的尺度大於圈的尺度，圈描述的自旋網絡構成了離散的空間，而由於弦的背景尺度更大一些，因此看上去似乎是連續的。兩個理論可能像哥白尼、伽利略、開普勒等人的工作一樣，最終由牛頓力學給出統一的形式，每個理論都只是最後統一理論的一個方面。

　　總之，傳統的物理學都是自下而上建立起來的，即首先在每個分支探索，建立一致的理論，然後在不同的理論之間尋求統一。而在“大統一”的背景下，科學家可以通過數學和物理學的同構關聯，直接構建一個統一的理論，然後再演繹到各個分支領域。從數學、物理學同構的角度看，數學不再只是物理學家們用來描述物理學的工具或語言，物理學也不僅僅只是關於物質的描述理論，兩者共同構成了描述世界的基石。在數學和物理學的統一原則下從事科學研究，可能會成為後真相時代新的科學研究綱領。

　　以弦論、圈量子引力為代表的量子引力研究，已經對傳統的時空、物質觀念提出了徹底的挑戰，正在從根本層面上顛覆基礎物理學研究的根基，新的科學革命必將從這裏產生，而現有的傳統科學哲學已不適應後真相時代科學演變的趨勢，新的科學哲學已初見端倪，必然帶來整個哲學史的變遷。從科學哲學的角度看，基礎物理學的重大革命往往是以概念革命為先導的。對傳統觀念的反思與批判將為物理學的革命提供指引，如馬赫對牛頓時空觀的批判直接啓發了愛因斯坦的研究。因此，在後真相時代，在缺乏直接經驗檢驗的大背景下，哲學、物理學、數學的聯合將顯得尤為重要。霍金曾講“哲學已死”，物理學家正在做哲學家的工作；物理學家勞倫斯·克勞斯(Lawrence M.Krauss)也指出：“物理學需要哲學，不需要哲學家”。話雖過激，但預示着後真相時代的科學哲學一定是對哲學、物理學、數學有着深刻理解的哲人科學家做出的。新的時代呼喚懂物理學、數學的科學哲學大家出現。

　　註釋：

　　①李新洲、翟向華：《宇宙起源戰爭》，《科學》2017年第4期。

　　②相對論和量子力學是獨立發展的兩個理論，理論本身不存在包含關係，但是從整個時代的發展看，量子力學不論是在應用領域還是對人們的傳統觀念都產生了更加根本性的影響，因此為了突出該時代的特點，並與前面的宏觀真相時代形成呼應，用量子真相時代來進行統稱。

　　③克雷格·卡倫德、尼克·赫蓋特編：《物理與哲學相遇在普朗克標度》，李紅傑譯，長沙：湖南科學技術出版社，2013年，第21頁。

　　④A.Ijjas,P.J.Steinhardt and A.Loeb,“Pop Goes the Universe,” Scientific American,vol.316,no.2,2017,pp.32-39.

　　⑤參見布萊恩·格林：《隱藏的現實》，李劍龍等譯，北京：人民郵電出版社，2013年。

　　⑥德義奇：《真實世界的脈絡》，梁焰、黃雄譯，桂林：廣西師範大學出版社，2002年，第44頁。

　　⑦R.Dawid,“Scientific Realism in the Age of String Theory,” Physics and Philosophy,no.11,2007,p.13.

　　⑧克雷格·卡倫德、尼克·赫蓋特編：《物理與哲學相遇在普朗克標度》，第116頁。

　　⑨M.Friedman,“Understanding Space-Time,” Study in History and Philosophy of Modern Physics,vol.38,no.1,2007,pp.216-225.

　　⑩C.Rovelli,“Analysis of the Distinct Meanings of the Notion of ‘Time’ in Different Physical Theories,” IL Nuovo Cimento B,vol.110,no.1,1995,pp.81-93.

　　(11)克雷格·卡倫德、尼克·赫蓋特編：《物理與哲學相遇在普朗克標度》，第30頁。

　　(12)李·斯莫林：《通向量子引力的三條途徑》，李新洲譯，上海：上海科學技術出版社，2003年，第69頁。

　　(13)G.Ellis and J.Silk,“Defend the Integrity of Physics,” Nature,vol.516,no.12,2014,pp.321-323.

　　(14)R.Dawid,String Theory and the Scientific Method,New York:Cambridge University Press,2013.

　　(15)趙君、沈健：《實證性與非實證性哲學觀點下的弦論辯護》，《自然辯證法研究》2015年第2期。

　　(16)托馬斯·庫恩：《科學革命的結構》，金吾倫、胡新和譯，北京：北京大學出版社，2015年，第44頁。

　　(17)楊建鄴：《楊振寧傳》，北京：生活·讀書·新知三聯書店，2016年，第260頁。

　　(18)高策、喬笑斐：《物理學中對偶性的本體論內涵及其意義》，《自然辯證法通訊》2018年第4期。

　　(19)克雷格·卡倫德、尼克·赫蓋特編：《物理與哲學相遇在普朗克標度》，第17頁。

　　(20)羅傑·彭羅斯：《通向實在之路》，王文浩譯，長沙：湖南科學技術出版社，2013年，第731頁。