問題似乎出在理論物理學家大量的錯誤預測上 | 圖片來源：Nautil
導語
如今我們對基礎物理學的投資比以往任何時候都多，但基礎物理卻陷入缺乏進展的漫長階段。物理學界應該自我反省，理論物理學家應該停止嘗試解決偽問題。
編譯：集智俱樂部翻譯組
原題：
The Present Phase of Stagnation in the Foundations of Physics Is Not Normal
物理學的基礎似乎停滯不前了。一次又一次的實驗得到的都是零結果（ results）：沒有發現任何新的粒子，新的維度，或者新的對稱性。當然，某些數據存在異常之處，也許其中的某個會成為大新聞，但是實驗物理學家只能在黑暗中摸索。他們不知道新的物理學發現會出現在哪裡，且從事理論工作的同事們的進展對實驗物理學也沒有任何幫助。
物理學界需要自我反省
有些人覺得這是一場危機，但是我並不認為“危機”這個詞能很好地描述當前的形勢：“危機”是相當樂觀的一個詞。這給人一種錯覺，好像理論物理學家意識到了其方法錯誤，改變即將發生，他們正在覺醒並將拋棄這些有缺陷的方法。但是我沒有見到任何覺醒。物理學界完全沒有任何自我反省，完全沒有，他們只是在繼續做40年來一直在做的事情，喋喋不休地討論自然性（naturalness）和多重宇宙（multiverses），並且再次將他們的“預測”轉移到下一個更大的粒子對撞機。
題目：
Crisis At The Foundations Of Physics
地址：
https://www.edge.org/response-detail/23857
我認為“停滯”（stagnation）這個詞可以更好地描述現在的情況。更明確一點，基礎物理學停滯的問題並不在於實驗，而在於理論物理學家大量錯誤的預測。
問題也不在於缺乏數據。研究者有豐富的數據。但是所有這些數據都可以被現有的粒子物理學標準模型與和諧宇宙模型（the cosmological concordance model）很好地解釋。不過，我們知道問題並沒有被解決，現有的理論是不完善的。
之所以說現有理論不完善有兩個原因。首先，我們知道暗物質只是個臨時命名，用來描述某種我們無法理解東西（暗物質就像是個空格，等著某種我們還不理解的東西來填充）。其次，粒子物理學的數學公式和引力公式並不兼容。早在20世紀30年代，物理學家就已經知道這兩個問題了，直到70年代，他們取得了重大進展。但是自此以後，物理學的基礎理論發展就停滯了。如果實驗中發現了什麼新東西，那將是因為忽略了成千上萬錯誤的理論預測，而非因為這些理論預測的指引。
1992-2012年 arxiv.org 上各網站論文提交分佈，左圖為各學科分類下論文提交的數量對比，右圖為百分比。其中藍色是高能物理學，
投資漸增，卻進展緩慢
成千上萬的錯誤預測聽起來有點驚人，但實際上這是一個被低估的數量。我只是將對超出標準模型——大型強子對撞機（Large Hadron Colider, LHC）理應支持的理論——的物理學的預測加了起來：所有在多邊形中的額外維度，對稱群（pretty symmetry groups），以及名稱奇特的新粒子。你可以通過統計論文數量，或者在該領域工作的人數和他們的平均產出來估計這些預測的數量。
他們都錯了。即使大型強子對撞機在即將得到的數據中或許能發現某些新的東西，我們已經知道，理論物理學家的猜想並不成立。一個都不成立。他們還需要多少證據來證實其使用方法並沒有什麼用呢？
位於瑞士與法國邊界地下的大型強子對撞機
這一缺乏進展的漫長階段是前所未有的。沒錯，從古希臘哲學家德謨克利特首次提出原子的猜想，到它們真正被探測到，花了大約兩千年時間。然而，這是因為在這兩千年時間裡，人們除了思考物質的基本結構之外，還有許多其他事情要做，比如建造更加牢固的房屋。因此，比較年份多少是沒有意義的。我們更應該關注物理學家實際的工作時間。
對此我也可以列出一些數據。
根據美國物理學會和德國物理學會的會員數據，在1900年到2000年間，物理學家的總數增加了大約100倍。這些物理學家絕大多數都不從事基礎物理學的工作，但就出版活動而言，物理學的各個子領域都以大致相當的速度增長。而且，（撇開第二次世界大戰前後的變動）出版物的數量和作者的數量基本上都呈指數性增加。
1992-2012年 arxiv.org 上各網站論文提交分佈，左圖為各學科分類下論文提交的數量對比，右圖為百分比。其中深藍色是高能物理學（hep-*），而淺藍色是其他物理學（包括普通物理學、廣義相對論、量子宇宙學、非線性科學、核物理、量子物理等），實際上在從事相對論和量子理論等基礎物理學的研究者，人數和成果都相當有限。圖片來源：arxiv.org 的數據統計：https://arxiv.org/help/stats/2012_by_area/index
為了簡單起見，讓我們假設今天物理學家每週工作的時間和100年前的物理學家一樣長——考慮到增長是指數級的，細節並不重要。我們來做個比較，現在物理學界多長時間的工作量能相當於100年前40年的工作量？來猜猜看。
答案是：14個月。只根據工作時間來計算，現在的物理學家應該只需要工作14個月的時間，就能完成一個世紀前要花40年才能完成的工作。
當然，你可以質疑這種“進步”不能如此簡單地進行擴大，因為儘管大家都在談論集體智慧，但研究仍然是由個人完成的。這意味著，僅僅僱傭更多的人，總研究時間並不會減少。個人也需要時間來交流和理解彼此的見解。另一方面，我們已經大大提高了信息傳輸的速度和便利性，現在還利用計算機幫助思考。無論如何，如果你想爭辯說僱傭更多的人並不能有助於進步，那為什麼還要僱傭他們呢？
所以，我只是粗略估計，但它解釋了為什麼許多人不知道目前這種前所未有的停滯現狀。今天我們對基礎物理學的投資比以往任何時候都多，但沒有從中產出任何東西。這是個問題，而且是一個我們應該談論的問題。
質疑：“少抱怨，多提建設性意見？”
最近有人跟我說，利用機器學習來分析大型強子對撞機的數據標誌著物理學界正在反思。但事實並非如此。首先，粒子物理學家運用機器學習工具來分析數據已經有至少30年時間。他們現在用得更多，因為它更容易用了，因為所有人都在用，因為《自然-新聞》對此作了報道。所以說，不是這樣的，在粒子物理學中使用機器學習並不意味著反思。
另一個我必須經常忍受的評論是：你只是在抱怨，但對物理學家應該做什麼，並沒有任何更好的建議。
首先，這是一個愚蠢的批評，它讓你更關注批評者而不是被批評者。假設我不是在批評一群物理學家，而是一群建築師。如果我告訴大家，這些建築師花了40年時間建造房屋，但所有房屋都倒塌了。那麼，為什麼是我來負責想出更好的房屋建造方法呢？
其次，這一批評是錯的。我已經多次非常清楚地指出，理論物理學家應該做出什麼改變，他們應該停止嘗試解決那些偽問題。一個理論不漂亮並不是問題。專注於數學上定義明確的問題，這才 是我所說的理論物理學家應該做的研究。而且，最好不要再因為科學家做流行的工作而獎勵他們了。
我的這一建議並非沒有根據。如果你審視物理學的歷史，你會發現這門學科致力於解決能夠帶來突破的數學難題。如果你瞭解過針對科學界的社會學研究，你會發現糟糕的激勵手段會導致嚴重的低效率；如果你再瞭解過心理學，你就知道沒有人喜歡改變。
作者 Sabine Hossenfelder 是法蘭克福高等研究院地研究員，從事非標準模型物理學、量子引力現象和廣義相對論修正的研究工作。
發展新的方法論比發現數十種新粒子難得多，這也是當前的理論物理學者不喜歡聽批評的原因。任何改變都會減少論文產出，而他們不希望這樣。這種阻力並不是來自制度壓力，而是科學家自己不願意挪動他們的屁股，改變研究方式。
如果你問，這還要持續多久？理論物理學家們還要編造多久的理論？
我覺得，恐怕沒有什麼能夠阻止他們。理論物理學家們互相評審論文，互相評審基金申請，並且不斷告訴彼此做的是好的科學。互相激勵感覺良好，為什麼要停下來？對他們來說，一切都很順利——舉辦會議，發表論文，討論偉大的新想法。一切如常，只是沒什麼有價值的結果產生出來而已。
你可以忽視這個問題，但問題並不會自行消失。
翻譯：NeverMoes
審校：公孫龍馬
原文：
http://nautil.us/blog/the-present-phase-of-stagnation-in-the-foundations-of-physics-is-not-normal