事实如此浪漫

类比能揭示物理定律吗?

经许可转载广达电脑杂志的抽象博客。

所谓的“模拟实验”在物理学中变得越来越普遍,但它们是教学还是误导? 图片由美国国家标准与技术研究所/维基共享提供

H为了深入了解实验无法触及的自然领域——黑洞的内部、量子领域的微妙之处、大爆炸——物理学家们正在试验由流体和其他易于操作的材料组成的“模拟”系统,这些系统可以用类似的方程建模。这些模拟实验的结果往往会在顶级科学期刊上发表,似乎它们在说一些有关感兴趣的系统的事情。但这样做的结果呢?我们是怎么知道的?

作为Stephan哈特曼慕尼黑路德维希·马克西米利安大学(Ludwig Maximilian University)的物理学哲学家说:“在什么条件下,我们在这里的某个实验中获得的证据,可以证实或支持关于另一个遥远系统的说法?”

这个问题不断出现。

2014年,研究人员报道自然他们在超冷的铷原子流体中发现了一种类似于磁单极子的粒子状态。磁单极子是一种长期寻找的假想基本粒子,它的作用类似于磁铁的一端。一个物理学家引用自然新闻认为这一发现是“磁单极子作为基本粒子存在的又一个原因”。但这是真的吗?

科学家们现在的任务是弄清楚如何解释这种新型的实验。

如果我写了广达电脑,以色列的一位物理学家创造了一种流体,它能捕捉声音,就像黑洞捕捉光一样;然后他在这个“音速黑洞”中发现了一种类似于霍金辐射的效应,霍金在1974年预测了一种假设的黑洞现象,对宇宙的运行方式产生了深远的影响。这个桌面实验是否为霍金的预测提供了间接证据?

哈特曼认为,对音速黑洞的实验可能确实会揭示真实黑洞,因为在它们相似的数学基础上可能存在一个“共同原因”。同样地,黄手指和心脏病都是由吸烟引起的,发现其中一种可能是另一种的证据。另一方面,许多黑洞专家并不相信这个类比,认为它可能会误导人,因为还不知道这个类比所依据的霍金数学是否真的描述了黑洞。

不管怎样,这种情况“提出了奇妙的哲学问题,”哈特曼说,“因为我们了解到新的证据类型。”他说,越来越多的物理理论就像弦理论和多元宇宙描述的是实验者无法到达的自然领域。直接检验这些理论似乎是不可能的。“所以我们必须考虑检验理论的其他方法。无论我们现在如何看待这些模拟实验,我认为这些工作正朝着正确的方向前进。”

他说,人们正试图为科学理论找到间接证据。“我们需要更多这样的东西,未来我们肯定会看到更多。”

科学家们现在的任务是弄清楚如何解释这种新型的实验。

“直觉告诉我们,做模拟模拟,做计算机模拟,做直接的实验,做计算,是不同的,”他说卡里姆泰德他是布里斯托尔大学(University of Bristol)的物理学哲学家,曾写过有关音速黑洞实验的文章。“但这种差异到底是什么,并没有得到足够清楚的解释。”

Natalie Wolchover是广达电脑自然科学杂志。此前,她为《大众科学》、《生活科学》和其他出版物撰稿。她拥有塔夫茨大学的物理学学士学位,在加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)攻读研究生级物理学,并与人合著了几篇非线性光学方面的学术论文。她的作品被评为2015年最佳数学写作。她是2016年杰出统计报道奖和2016年Evert Clark/Seth Payne青年科学记者奖的获得者。@NattyOver

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