[轉錄] Bjorken談實驗數據的重要性

看板Physics作者yarnball (毛線球)時間13年前 (2012/05/10 20:17)推噓1(1推 0噓 37→)

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詹姆斯·比約肯（James Bjorken），當代著名理論物理學家，對基本粒子物理學的發展做出過若干影響深遠的重要貢獻。他1956年在麻省理工學院獲得理學學士，1959年在斯坦福大學獲得理學博士，1962年至1979年在SLAC先後任副教授和教授，1979年至1989年擔任費米實驗室理論部副主任，1989年後重返SLAC，1998年至今為斯坦福大學榮譽教授。比約肯教授2004年榮獲國際理論物理中心頒發的狄拉克獎章。本文是他在頒獎典禮上所做的報告，題目為“ Data Matters ” ，特別強調了實驗數據對高能物理學發展所起的作用。其獨到的觀點無論對理論家還是對實驗家都具有啟發意義。原文: http://tinyurl.com/cmtgvny 翻譯: 在我的職業生涯的大部分時間裡，我選擇了與數據打交道。二十世紀六十年代是粒子物理學發展的黃金時期，那得益於加速器物理學的顯著進展——加速器能量的提高和粒子探測器技術的成熟。比如說在我剛開始從事研究工作的時候，人們從未料到會在那麼短的時間內理解強相互作用的動力學機制。當時弱相互作用同樣也是一大難題。現在，我們卻對兩者都有了深刻認識和理解。技術水平的穩步提高是上述進展的最主要的推動力，其次就是實驗技巧的發展以及進行這些實驗的機遇。於是理論只能排在最後了。當然，技術、實驗和理論都是科學知識進步的必要組成部分，而且它們之間的相互影響和促進是至關重要的。還有一個同樣關鍵的因素就是實驗的進度能有多快。當數據出來得很快，並且即將獲取更多的數據時（最多只要幾年的時間），研究者就能持有一個公平和客觀的科學觀點。 “ 如果測量到某某東西，那麼我就是對的。但是，如果實驗結果並非如此，那麼誰誰就是對的。”無論哪種方式，我們都能很快就知道物理真相。另一方面，如果過了很長時間，實驗數據還出不來，人們往往就會產生更為固執的想法，更加容易拒絕其他供選擇的觀點。我第一次目睹這種情況是在六十年代，在宇宙線這個研究領域。那時，在質子衰變實驗觸發這個領域的技術革命之前，宇宙線研究發展得十分緩慢。相互獨立的研究活動演變成有組織的形式，並產生出各持己見的研究團體。倘若當初這個領域更俱生命力的話，那些針鋒相對的觀點就根本不可能成氣候。今天，基本粒子物理學的前進步伐已經減緩了，因為實驗變得規模龐大、需要巨額投資而且運轉週期長。另外，標準模型是如此的成功，以致於不能給研究者提供很多既未得到解答又在實驗可檢驗範圍內的問題。這就使得那些已經僵化了的觀點更加根深蒂固。如果該領域在實驗方面充滿活力的話，諸如此類的情況就不會發生。我覺得，弱電能標下的超對稱要比人們普遍認為的那樣不可信得多。對超對稱的強調使得人們把尋找暗物質的努力過分集中於WIMP粒子（即一些有質量的、與標準模型粒子的相互作用很弱的粒子），然而這是以放棄其他選擇方案為代價的，特別是“軸子”。類似地，那些受弦理論的啟發所得到的物理想法比那些與弦理論無關的想法更容易得到認可，進而獲得資助。有些真正遙不可及的想法，像大尺度的額外維或弱電能標下的強引力，也受到了重視。它們也許不值得被如此認真地對待。我當前的興趣主要集中在引力論和宇宙學上，而對這一領域來說，我只是個新手。迄今為止，我發覺引力理論這一研究團體分裂成若干個相互獨立的小圈子，其原因也在於實驗數據的缺乏。然而情況並不總是這樣，例如觀測宇宙學和黑洞的研究、引力輻射和洛侖茲協變性破壞的實驗研究都是相互有聯繫的。我沒有與這些研究團體打交道的豐富經驗，但我還是冒昧地說出我的猜測：他們肯定比那些致力於更形式化的或與實驗相去甚遠的研究領域的科學團體更兼容並蓄和豐富多彩。弦理論家們在很大程度上來說就是我行我素。這個團體依然如故，幾乎完全與實驗數據相脫離；而且對於其自身所要解決的問題，該團體拒絕嘗試其他可行的方法。坦白地說，我一點兒也不喜歡這樣的局面。研究弦理論的人們似乎被一種強烈的信念推動著，那就是他們自以為其基本的思想體係是正確的，這其實是一個很大程度上建立在美學基礎上的信念。我對所有持這種意識形態的立場或見解疑心重重，主要是因為它很可能是錯的。現時的風氣應該講究的是謙虛謹慎。鑑於該學科的思辨性，善於質疑和促進各種不同方法之間的相互交流才會推動研究向前發展。我發現這樣一個荒謬的現象：那些將會被實驗檢驗的物理思想總是遭受這樣或那樣的質疑；而那些更具思辨色彩的物理思想，比如說弦理論，卻在更大程度上得到了贊同而非質疑。不過，這種怪事容易解釋——一言以蔽之，就是擔驚受怕。在實驗科學的那些生氣勃勃的領域裡，從事研究工作的人不能夠過於教條或過於武斷。原因很簡單，他們的物理想法很快就會受到檢驗。除非你對自己的思想有異乎尋常的把握，否則教條和武斷是不可取的。因為這樣做的後果就是損失太大——你要么得為自己錯了而感到羞愧，要么得為陷入窘境而感到不安，甚至還會在求職的問題上遇到更多的麻煩。當科學的發展強烈地依靠實驗數據的推動時，置“擔驚受怕”於何處，實驗之前還是之中，這一點會造成研究者在其行為上有很大的差異。而這種差異會在整個科學界反饋成為良性的行為準則。另一方面，如果沒有什麼好擔驚受怕的，教條主義就得不到懲罰。如此一來，教條和武斷就會經常出現。我並不是在暗示不為實驗數據所推動的科學就不是好的科學，因為那樣就會把數學整個排除在外了。美學判定仍然是很重要的。但我認為，從事這類科學研究工作時，人們至少應該表現出足夠的懷疑，而不僅僅是成竹在胸；人們至少還應該像從事以實驗為基礎的科學那樣，能夠對其他不同的觀點有足夠的寬容。兩點補充：一．關於宇宙的起源和演化問題：儘管科學家們仍在密切關注著一些大問題，比如時間的起源、空間的邊界和終極理論的特性，我們還不清楚這些是不是嚴格意義上的科學問題。就像正文中談到的那樣，我認為目前致力於這些問題的所有思想體係都很可能是錯的。以史為鑑，使我做出這樣的評價。先前那些偉大的思想家們，包括開普勒、牛頓和愛因斯坦，都曾對宇宙的物理圖像有過很多看法。然而，根據當前的觀測數據，宇宙起源和演化的現實與他們當初的設想大相徑庭。如果硬要說如今的情況已不同於過去，我想一個必要條件就是得有具體的證據顯示出理論正趨於簡單化。然而，無論是觀測宇宙學和弦唯象學，還是弱電能標或大統一能標的超對稱唯象學，都沒有給出更簡潔的有關宇宙起源和演化的圖像。無論從哪個方面看，當前的局面都是一團混亂，大量觀測數據尚未得到很好的理解。理解整個宇宙的起源和演化，如果這一點真能做得到的話，那也是離我們非常遙遠的事情了。二．再談弦理論：弦理論值得長期研究下去。撇開其思辨性的和社會性的問題不談，弦理論仍然是一套漂亮的工藝。它所發展出來的方法和技巧已經給粒子理論和宇宙學帶來很多新的概念和見識。其中一部分概念和見解，即使不是很多，很有可能會以適當的方式進入將來的理論。不過，我認為把弦理論看作包羅萬象的理論是不對的。經典引力理論、有效場論、全息論、熱引力、圈引力和其他新興的引力理論都是很值得我們認真關注的。 (本文由周順、邢志忠翻譯。2005年9月2日） -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 140.112.217.35

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