弦理論是科學嗎？在過去的十年中，物理學家和宇宙學家一直在爭論這個問題。現在，科學界正在向哲學尋求幫助。
本月早些時候，一些爭論不休的物理學家與科學哲學家在一個不尋常的研討會上會面，旨在解決理論物理學的分支已經脫離實驗科學現實的指責。研討會的組織者說，科學方法的完整性以及科學在公眾中的聲譽正處於危險之中。
該研討會於12月7日至9日在德國慕尼黑的路德維希-馬克西米利安大學舉行，起因是一年前《自然》雜誌上的一篇文章，文章中，南非開普敦大學的宇宙學家喬治·埃利斯和馬里蘭州巴爾的摩市約翰·霍普金斯大學的天文學家約瑟夫·西爾克對理論物理學中“令人擔憂的轉變”表示遺憾（G. Ellis 和 J. Silk 《自然》 516, 321–323; 2014）。
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他們寫道：“面對將基本理論應用於觀測到的宇宙的困難”，一些科學家認為，“如果一個理論足夠優雅和具有解釋力，則無需進行實驗驗證”。
討論的主題首先是可驗證性。為了使一個科學理論被認為是有效的，科學家通常要求必須有一個實驗，原則上可以排除該理論——或者如科學哲學家卡爾·波普爾在1930年代所說的那樣“證偽”它。在他們的文章中，埃利斯和西爾克指出，在某些領域，一些理論物理學家已經偏離了這一指導原則——甚至主張放寬這一原則。
兩人引用弦理論作為主要例子。該理論用無限細的弦代替基本粒子，以調和描述引力和量子世界的明顯不相容的理論。這些弦太小了，以至於今天的技術無法探測到——但有些人認為，無論實驗是否能夠測量到弦理論的影響，弦理論都值得追求，僅僅因為它似乎是解決許多難題的“正確”方案。
西爾克和埃利斯還指出了另一個似乎已經放棄“波普爾主義”的理論：多元宇宙的概念，其中大爆炸產生了許多宇宙——其中大多數將與我們自己的宇宙截然不同。
但在研討會的開幕演講中，加州大學聖巴巴拉分校的理論物理學家戴維·格羅斯區分了這兩種理論。他將弦理論歸類為“原則上”可驗證的，因此是完全科學的，因為弦是可能被探測到的。
他說，更令人不安的是多元宇宙等概念，因為它假設的其他宇宙可能無法從我們自己的宇宙中觀察到，即使在原則上也是如此。“僅僅因為[弦理論]目前無法驗證就認為它不是科學是荒謬的，”格羅斯說，他因其在強核力方面的工作而於2004年獲得諾貝爾獎，強核力在實驗中得到了充分的驗證，並且他還為弦理論做出了重要貢獻。
研討會參與者卡洛·羅韋利是法國艾克斯-馬賽大學的理論物理學家，他同意，僅僅因為弦理論現在不可驗證並不意味著它不值得理論家們花費時間。但埃利斯和西爾克文章的主要目標是路德維希-馬克西米利安大學哲學家理查德·道伊德在他的著作《弦理論與科學方法》（劍橋大學出版社，2013年）中提出的觀點。道伊德寫道，弦理論家已經開始遵循貝葉斯統計學的原理，該原理基於先驗知識估計某個預測為真的可能性，然後在獲得更多知識時修改該估計。但是，道伊德指出，物理學家已經開始使用純粹的理論因素，例如理論的內部一致性或缺乏可信的替代方案，來更新估計，而不是基於實際資料進行修訂。
動態討論
在研討會上，格羅斯曾暗示缺乏弦理論的替代方案使其更有可能是正確的，他與羅韋利進行了辯論，羅韋利多年來一直致力於一種名為圈量子引力的替代方案。羅韋利斷然反對沒有可行替代方案的假設。與此同時，埃利斯拒絕了理論因素可以提高機率的觀點。“我對貝葉斯主義的回應是：新的證據必須是實驗證據，”他說。
其他人指出，圍繞使用貝葉斯統計學來支援弦理論存在一些獨立的問題。斯德哥爾摩北歐理論物理研究所的物理學家薩賓·霍森菲爾德說，該理論的流行可能導致人們認為它是唯一的選擇。但她說，弦理論獲得發展動力可能是出於社會學原因：例如，年輕的研究人員可能轉向它，因為它的就業前景比在不太知名的領域更好。
丹麥奧胡斯大學的科學史學家海爾格·克拉格借鑑了歷史的視角。“以前就有人提出我們需要‘新的科學方法’，但用其他標準代替經驗可驗證性的嘗試總是失敗，”他說。但他補充說，至少問題僅限於物理學的少數幾個領域。“弦理論和多元宇宙宇宙學只是大多數物理學家所做工作的一小部分。”
這對羅韋利來說是一種安慰，他強調需要在實驗充分證實的科學理論與推測性理論之間做出明確區分。“當人們在街上攔住你，說‘你知道世界是由弦構成的，並且存在平行世界嗎？’時，情況非常糟糕。”
在研討會結束時，爭論不休的物理學家們似乎並沒有更接近達成一致。道伊德——他與西爾克、埃利斯和其他人共同組織了這次活動——表示，他不期望人們從根本上改變他們的立場。但他希望接觸其他推理方式可能會“導致略微的和解”。埃利斯建議，更具沉浸式的形式，例如為期兩週的暑期學校，可能更成功地達成共識。
本文經許可轉載，並於2015年12月23日首次發表。