主流物理界对暗物质研究的现状

李小坚  龚天任

本文简要介绍主流物理界对暗物质研究和理解的现状。

一、 引言

最近关于“悟空”(DAMPE)卫星数据的好消息,给中国科学界带来了一次狂欢。媒体纷纷报道,其中有两点共识:

第一,暗物质的存在是毫无疑问的,暗物质与可见物质的比率大约在5比1之间。

第二,迄今为止没有人知道这个问题的答案:暗物质是什么?

是的,以上这两点基本上是正确的。

暗物质是什么?在主流物理学界没有人知道答案!

中国科学院院长白春礼,谈暗物质的视频介绍:
暗物质是什么?中科院院长告诉你_网易新闻 http://news.163.com/17/1130/11/D4G3RP0I00018AOQ.html

白春礼院士介绍,这是令世界物理主流困惑不解,更是令全世界普通民众迷惑的大问题!

最终,全球科学界将通过科学的方法一一排除那些疑似暗物质的候选者,确定{暗物质不是什么}。

的确,主流科学在{暗物质不是什么}已经取得许多成果。但关键问题是{暗物质是什么?},这个问题必须要有理论突破!

因此,我们可以从网上看到全球科学界正在努力,试图揭开这个谜底。{暗物质不是什么} 与{暗物质是什么?}成为全球人类的热点问题!

那么,我们现在来看一看,国际主流物理界关于暗物质问题的探索情况。

二、主流物理界对暗物质的认识

1.已知的暗物质

国际主流界公认的已知的暗物质有两种:1)中微子,2)黑洞。

然而,这两种已知的暗物质不能解释全部整个暗物质。也就是说,还有其他的物质也扮演着暗物质的角色。事实上,在许多天体物理调查中,这两个已知的暗物质只占总暗物质的很小的百分比(小于1%),见:“2017的暗能量调查”结果。

2. 我们先说黑洞

去年,以及今年LIGO多次发现双黑洞的合并凝聚,显示出宇宙中的黑洞密度很高,从而,似乎“黑洞暗物质假说”又死灰复燃。
宇宙中有两种方式产生黑洞。

第一种,黑洞就是一颗恒星的残余。这个恒星演变过程我们现在非常清楚地知道了解。我们还可以计算出每个星系中的黑洞数量。对于银河系,它有大约300万个黑洞,每个黑洞的平均质量为10个太阳质量。这300万个黑洞中的暗物质约占银河系总质量的0.001%。显然,这一种黑洞不能成为整个宇宙暗物质的候选者。

第二种,可能有在大爆炸期间产生的一些原始黑洞。它们携带的质量,大约可以从0.1到10亿个太阳质量不等。此外,我们不知道这些黑洞的密度。也就是说,它很有可能代表整个宇宙的暗物质。然而,通过分析LIGO的数据,给出了否定的回答:没有!
原始黑洞无法解释宇宙全部的暗物质。也就是说,一定还有其他东西扮演暗物质的角色。

参见:LIGO不硬气:原始黑洞、暗物质和Ia型超新星的引力透镜效应。(https://arxiv.org/abs/1712.02240)。

3.其他暗物质候选者,包括中微子
在主流物理学,基本上还有这两类暗物质候选者:1)不基于粒子的任何暗物质,如修改引力定律(MOND)。2)以粒子为基础的暗物质候选者:一些未知的粒子,如弱互相质量粒子WIMP(例如,无菌中微子、轴子、暗光子等);

2017年10月16日宣布的LIGO双中子星合并,它几乎完全排除了MOND存在的证据。参见{ gw170817暗物质仿真器(https://arxiv.org/abs/1710.06168)}。

外,我国发射的 “悟空”(DAMPE)的数据,还没有发现任何MOND关联的证据。因此,现在还没有理论支持MOND的结果

那么,主流物理的重点搜索范围放在以粒子为基础的暗物质候选者身上。

三、基于粒子的暗物质探索

在此,我们将回顾主流物理所开展的基于粒子的暗物质探索及其搜索途径。

1. 大型强子对撞机LHC的2 TeV实验,已经排除了所有的SUSY粒子。它也排除了大质量弱相互作用WIMP粒子(如LUX和PANDAx,2017),这些数据的的搜索现在已经非常接近中微子可能出现的底部。

SC-13

2.最新的天文数据几乎排除了无菌中微子。

而且,最新的数据也几乎完全排除了“大爆炸核合成(BBN)”作为暗物质。BBN的适合分析说明中微子是狄拉克费米子(没有一个大规模的合作伙伴)。如果中微子是马约拉纳粒子(要求有一个隐藏的巨大的合作伙伴,如无菌中微子),BBN没有符合观测的数据。
参见:https://arxiv.org/pdf/1709.01211.pdf。
在米诺斯,米诺斯+反应器实验排除了惰性中微子(https://arxiv.org/abs/1710.06488);
最近的LIGO {中子星碰撞的中微子参数空间,(https://arxiv.org/abs/1710.06370)}。

3. 排除轴子假设。

AXon
4. 探测未知粒子运行所有可能躲藏的地方,排除任何大质量弱相互作用粒子(WIMPs)(非对称),看到pico-60数据。

PICO60
5. 没有发现暗黑的光子
http://newscenter.lbl.gov/2017/11/08/scientists-narrow-search-dark-photon-dark-matter/。

darkphoton

“探测器中暗光子的特征是极其简单的:一个高能光子,没有任何其他活动。”

暗黑光子也被用来解释标准模型中观察μ介子自旋的性质和它的预测值之间的差异。

最新结果:“基于BaBar规则的这些暗黑光子理论作为G-2异常解释,有效地关闭这个窗口。”

日本的一个实验,类似于BaBar的升级,叫Belle II,将在明年开始运行。“最终,Belle II将产生高于BaBar统计的100倍的数据。”

还有,2014年基本排除了以前假设的冷暗物质(ΛCDM, CDM+ )、暖暗物质 (WDM) 、自相互作用暗物质 (SIDM) 。这些都是废弃、过时了的暗物质候选者。

关于基于粒子的暗物质探索问题的更详细文献和数据将在附录中列出。

四、相似的实验与理论思考

“悟空”(DAMPE)实验类似于丁肇中的阿尔法磁谱仪AMS02 ,但“悟空”(DAMPE)比AMS02 具有更高的灵敏度和探测能力。然而,阿尔法磁谱仪AMS02 的经验可以为“悟空”数据分析提供一些启示。

从阿尔法磁谱仪AMS02 可以看到两点(2013和2015):

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1.  过量的正电子和反质子。

2.  数据的大幅度下降拐点(尤其是正电子)。

然而,这些正电子过剩和大倾角被排除了由暗物质DM衰变中产生的可能。
再次,反质子过剩的阿尔法磁谱仪AMS02 可以由已知的宇宙的过程解释。
(参见https://home.cern/about/updates/2017/03/cosmic-collisions-lhcb-experiment)。
从而阿尔法磁谱仪AMS02 的这种反质子数据也排除了是暗物质的可能。

csc-anti-position
有很多原因,排除阿尔法磁谱仪AMS02 系统数据的倾角。最重要的一点是,对于阿尔法磁谱仪AMS02发现暗物质候选者 的理论基础是SUSY,现在已经排除了所有2 TeV的SUSY粒子。从而注定AMS02发现暗物质的机会很小很小,可以说一定会失败!

因此,虽然“悟空”发现了比阿尔法磁谱仪数据更高的能量(1.4 TeV)数据,它将无法超越和摆脱已知的超对称约束,除非它是基于一个新的非超对称物的候选者的理论。

也就是说,即使“悟空”最新发现的数据突出点完成统计学分析和确认,我们仍然需要新的理论来解释这种异常性态要求。其中一个例子就是费米神秘伽玛射线信号,它们在暗物质湮灭的源头基本上被排除了,发现毫秒脉冲星是这个神秘伽玛射线信号源。参见:“在银河内部解决γ射线点源的证据。”(2016年2月3日,参见https://arxiv.org/abs/1506.05124)。

五、最后的理论检验

当我们祝贺“悟空”取得的成就,我们必须敦促中国理论物理学家继续努力,加班加点找出一个新的理论基础,而不是用SUSY来解释这一新的发现。

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现在,这个宇宙的组成现在已经被黑暗能量调查和普朗克CMB(2013和2015)数据所确定(见上、下图)。

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也就是说,新的暗物质理论必须得出这个客观观测结论,这是对任何新的暗物质理论的最后检验。

六、结束语

无论什么样的暗物质理论,必须满足与这个宇宙的客观观测数据相匹配。这是检验这个科学理论的试金石。

悟空卫星、阿尔法磁谱仪AMS02和未来其他科学探测仪器所发现的这个宇宙世界的暗物质、暗能量、宇宙学常数、粒子精细结构常数等客观数据,将进一步推动人类对这个宇宙的认识走向更加深入透彻,甚至是彻底革命性的更新。

二十一世纪物理世界上空的两朵暗云必将烟消云散。

参考文献:

1. 蔡荣根  周宇峰 ,暗物质与暗能量研究新进展
中国科学院理论物理研究所, 北京 100190 ,2010,03

中图分类号: O41 文献标识码: A
文章编号: 10092412( 2010) 03000307
DO I: 10. 3969 /.j issn. 1009
2412. 2010. 03. 001

中国基础科学  综述评述

注1:最近,蔡荣根院士报告表明:暗物质模型有上百种!

但问题是:哪一个是中国人提出的?有何验证?

附1:

于2016年8月6日在人民大会堂,我与原全国青联朋友中国科学院院长、书记白春礼院士有过一个简短交谈,我告诉了他我们有了重要成果,并写上了我们的网址:www.pptv1.com,我要他关注。我们曾在全国青联科学组,我们青联朋友一起开过很多次会。

8月6日 我与原全国青联朋友中国科学院院长书记白春礼院士交流
附2:附录
                                     Appendix:

* Exclusions from the LHC. https://arxiv.org/abs/1709.02304  andhttps://arxiv.org/abs/1510.01516

* Exclusions from Xenon-100 https://arxiv.org/abs/1709.02222

* Exclusions of Charming Dark Matter theories. https://arxiv.org/abs/1709.01930

* Theodorus Maria Nieuwenhuizen “Subjecting dark matter candidates to the cluster test” (October 3, 2017, see https://arxiv.org/abs/1710.01375 ):

Galaxy clusters, employed by Zwicky to demonstrate the existence of dark matter, pose new stringent tests. If merging clusters demonstrate that dark matter is self-interacting with cross section σ/m∼2 cm2/gr, MACHOs, primordial black holes and light axions that build MACHOs are ruled out as cluster dark matter. Recent strong lensing and X-ray gas data of the quite relaxed and quite spherical cluster A1835 allow to test the cases of dark matter with Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein and Fermi-Dirac distribution, next to Navarro-Frenck-White profiles. Fits to all these profiles are formally rejected at over 5σ, except in the fermionic situation. The interpretation in terms of (nearly) Dirac neutrinos with mass of 1.61+0.19−0.30 eV/c2 is consistent with results on the cluster A1689, with the WMAP, Planck and DES dark matter fractions and with the nondetection of neutrinoless double β-decay. The case will be tested in the 2018 KATRIN experiment.

A variety of searches for sterile neutrinos have also ruled out this possibility in the relevant mass range. See, e.g., https://arxiv.org/abs/1710.06488  andhttp://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/718/3/032008/pdf

* Exclusions for Axion Dark Matter: Renée Hlozek, David J. E. Marsh, Daniel Grin “Using the Full Power of the Cosmic Microwave Background to Probe Axion Dark Matter” (August 18, 2017, see https://arxiv.org/abs/1708.05681 ).

* Combined direct dark matter detection exclusions.https://arxiv.org/abs/1708.04630  and https://arxiv.org/abs/1707.01632

* Exclusions based on non-detection of annihilations in dwarf galaxies.https://arxiv.org/abs/1708.04858

* Primordial black hole exclusions. https://arxiv.org/abs/1301.4984

* Daniele Gaggero, et al., “Searching for Primordial Black Holes in the radio and X-ray sky” (see https://arxiv.org/abs/1612.00457 ). Abstract:

We model the accretion of gas on to a population of massive primordial black holes in the Milky Way, and compare the predicted radio and X-ray emission with observational data. We show that under conservative assumptions on the accretion process, the possibility that O(10) M⊙ primordial black holes can account for all of the dark matter in the Milky Way is excluded at 4σ by a comparison with the VLA radio catalog at 1.4 GHz, and at more than 5σ by a comparison with the NuSTAR X-ray catalog (10 – 40 keV). We also propose a new strategy to identify such a population of primordial black holes with more sensitive future radio and X-ray surveys.

* Tight Warm Dark Matter parameter exclusions,https://arxiv.org/pdf/1704.01832.pdf

* More Warm Dark Matter parameters exclusions: Simon Birrer, Adam Amara, and Alexandre Refregier, “Lensing substructure quantification in RXJ1131-1231: A 2 keV lower bound on dark matter thermal relict mass” (January 31, 2017, seehttps://arxiv.org/abs/1702.00009 ).

We study the substructure content of the strong gravitational lens RXJ1131-1231through a forward modelling approach that relies on generating an extensive suite of realistic simulations. The statistics of the substructure population of halos depends on the properties of dark matter. We use a merger tree prescription that allows us to stochastically generate substructure populations whose properties depend on the dark matter particle mass. These synthetic halos are then used as lenses to produce realistic mock images that have the same features, e.g. luminous arcs, quasar positions, instrumental noise and PSF, as the data. By analyzing the data and the simulations in the same way, we are able to constrain models of dark matter statistically using Approximate Bayesian Computing (ABC) techniques. This method relies on constructing summary statistics and distance measures that are sensitive to the signal being targeted. We find that using the HST data for \RXJ we are able to rule out a warm dark matter thermal relict mass below 2 keV at the 2 sigma confidence level.

* Paolo Salucci and Nicola Turini, “Evidences for Collisional Dark Matter In Galaxies?” (July 4, 2017, see https://arxiv.org/abs/1707.01059 ). Abstract:

The more we go deep into the knowledge of the dark component which embeds the stellar component of galaxies, the more we realize the profound interconnection between them. We show that the scaling laws among the structural properties of the dark and luminous matter in galaxies are too complex to derive from two inert components that just share the same gravitational field. In this paper we review the 30 years old paradigm of collisionless dark matter in galaxies. We found that their dynamical properties show strong indications that the dark and luminous components have interacted in a more direct way over a Hubble Time. The proofs for this are the presence of central cored regions with constant DM density in which their size is related with the disk length scales. Moreover we find that the quantity ρDM(r,L,RD)ρ⋆(r,L,RD) shows, in all objects, peculiarities very hardly explained in a collisionless DM scenario.

* Dark matter distributions have to closely track baryon distributions, even though there is no viable mechanism to do so: Edo van Uitert, et al., “Halo ellipticity of GAMA galaxy groups from KiDS weak lensing” (October 13, 2016, seehttps://arxiv.org/abs/1610.04226 ).

* One of the more successful recent efforts to reproduce the baryonic Tully-Fischer relation with CDM models is L.V. Sales, et al., “The low-mass end of the baryonic Tully-Fisher relation” (February 5, 2016, seehttps://arxiv.org/abs/1602.02155 ). It explains:

[T]he literature is littered with failed attempts to reproduce the Tully-Fisher relation in a cold dark matter-dominated universe. Direct galaxy formation simulations, for example, have for many years consistently produced galaxies so massive and compact that their rotation curves were steeply declining and, generally, a poor match to observation. Even semi-analytic models, where galaxy masses and sizes can be adjusted to match observation, have had difficulty reproducing the Tully-Fisher relation, typically predicting velocities at given mass that are significantly higher than observed unless somewhat arbitrary adjustments are made to the response of the dark halo.

The paper manages to simulate the Tully-Fisher relation only with a model that has sixteen parameters carefully “calibrated to match the observed galaxy stellar mass function and the sizes of galaxies at z = 0” and “chosen to resemble the surroundings of the Local Group of Galaxies”, however, and still struggles to reproduce the one parameter fits of the MOND toy-model from three decades ago. Any data set can be described by almost any model so long as it has enough adjustable parameters.

* Dark matter can’t explain bulge formation in galaxies: Alyson M. Brooks, Charlotte R. Christensen, “Bulge Formation via Mergers in Cosmological Simulations” (12 Nov 2015, see https://arxiv.org/abs/1511.04095 ).

We also demonstrate that it is very difficult for current stellar feedback models to reproduce the small bulges observed in more massive disk galaxies like the Milky Way. We argue that feedback models need to be improved, or an additional source of feedback such as AGN is necessary to generate the required outflows.

* Baryon effects can’t save cold dark matter models.https://arxiv.org/abs/1706.03324

* Cold dark matter models don’t explain the astronomy data.https://arxiv.org/pdf/1305.7452v2.pdf

Evidence that Cold Dark Matter (ΛCDM), CDM+ baryons and its proposed tailored cures do not work in galaxies is staggering, and the CDM wimps (DM particles heavier than 1 GeV) are strongly disfavoured combining theory with galaxy astronomical observations.

* As of 2014, a review article ruled out pretty much all cold dark matter models except “warm dark matter” (WDM) (at a keV scale mass that is at the bottom of the range permitted by the lamdaCDM model) and “self-interacting dark matter” (SIDM) (which escapes problems that otherwise plague cold dark matter models with a fifth force that only acts between dark matter particles requiring at least a beyond the Standard Model fermion and a beyond the Standard Model force carried by a new massive boson with a mass on the order of 1-100 MeV). Alyson Brooks, “Re-Examining Astrophysical Constraints on the Dark Matter Model” (July 28, 2014, see https://arxiv.org/abs/1407.7544 ). As other more recent links cited here note, collisionless WDM and pretty much all SIDM models have since been ruled out.

* Proposed warm dark matter annihilation signals also turned out to be false alarms. https://arxiv.org/abs/1408.1699  and https://arxiv.org/abs/1408.4115 .

* The bounds on the minimum dark matter mean lifetime of 3.57×10^24 seconds. This is roughly 10^17 years. By comparison the age of the universe is roughly 1.38 x 10^9 years. This means that dark matter (if it exists) is at least as stable as anything other than a proton, which has an experimentally determined mean lifetime of at least 10^33 years.https://arxiv.org/abs/1504.01195 . This means that all dark matter candidates that are not perfectly stable or at least metastable are ruled out. Decaying dark matter and dark matter with any significant annihilation cross section are inconsistent with observation.

* Torsten Bringmann, et al., “Strong constraints on self-interacting dark matter with light mediators” (December 2, 2016, see https://arxiv.org/abs/1612.00845). Abstract:

Coupling dark matter to light new particles is an attractive way to combine thermal production with strong velocity-dependent self-interactions. Here we point out that in such models the dark matter annihilation rate is generically enhanced by the Sommerfeld effect, and we derive the resulting constraints from the Cosmic Microwave Background and other indirect detection probes. For the frequently studied case of s-wave annihilation these constraints exclude the entire parameter space where the self-interactions are large enough to address the small-scale problems of structure formation.

The conclusion of the paper notes that:

Models of DM with velocity-dependent self-interactions have recently received a great deal of attention for their potential to produce a number of interesting effects on astrophysical scales. We have shown in this Letter that these models face very strong constraints from the CMB and DM indirect detection. In the most natural realization of this scenario with a light vector mediator with kinetic mixing, these constraints rule out the entire parameter space where the self-scattering cross section can be relevant for astrophysical systems. These bounds remain highly relevant for a number of generalizations of the scenario, such as a different dark sector temperature and different mediator branching ratios. Clearly, future efforts to develop particle physics models for SIDM need to address these issues in order to arrive at models that provide a picture consistent with all observations in cosmology, astrophysics and particle physics.

* Dark photon parameter space (the carrier boson of the SIDM models) is also tightly constrained and all but ruled out. Yet, the properties a dark photon has to have, if there is one, are tightly experimentally established based upon cluster dynamics. https://arxiv.org/abs/1504.06576 .

* The Bullet Cluster is a huge problem for DM. Jounghun Lee, Eiichiro Komatsu, “Bullet Cluster: A Challenge to LCDM Cosmology” (May 22, 2010, seehttps://arxiv.org/abs/1003.0939 ). Later published in Astrophysical Journal 718 (2010) 60-65. Abstract:

To quantify how rare the bullet-cluster-like high-velocity merging systems are in the standard LCDM cosmology, we use a large-volume 27 (Gpc/h)^3 MICE simulation to calculate the distribution of infall velocities of subclusters around massive main clusters. The infall-velocity distribution is given at (1-3)R_{200} of the main cluster (where R_{200} is similar to the virial radius), and thus it gives the distribution of realistic initial velocities of subclusters just before collision. These velocities can be compared with the initial velocities used by the non-cosmological hydrodynamical simulations of 1E0657-56 in the literature. The latest parameter search carried out recently by Mastropietro and Burkert showed that the initial velocity of 3000 km/s at about 2R_{200} is required to explain the observed shock velocity, X-ray brightness ratio of the main and subcluster, and displacement of the X-ray peaks from the mass peaks. We show that such a high infall velocity at 2R_{200} is incompatible with the prediction of a LCDM model: the probability of finding 3000 km/s in (2-3)R_{200} is between 3.3X10^{-11} and 3.6X10^{-9}. It is concluded that the existence of 1E0657-56 is incompatible with the prediction of a LCDM model, unless a lower infall velocity solution for 1E0657-56 with < 1800 km/s at 2R_{200} is found.

*Garry W. Angus and Stacy S. McGaugh, “The collision velocity of the bullet cluster in conventional and modified dynamics” (September 2, 2007, seehttps://arxiv.org/abs/0704.0381 ) published at MNRAS.

We consider the orbit of the bullet cluster 1E 0657-56 in both CDM and MOND using accurate mass models appropriate to each case in order to ascertain the maximum plausible collision velocity. Impact velocities consistent with the shock velocity (~ 4700km/s) occur naturally in MOND. CDM can generate collision velocities of at most ~ 3800km/s, and is only consistent with the data provided that the shock velocity has been substantially enhanced by hydrodynamical effects.

* El Gordo poses similar problems for dark matter models. Sandor M. Molnar, Tom Broadhurst. “A HYDRODYNAMICAL SOLUTION FOR THE “TWIN-TAILED” COLLIDING GALAXY CLUSTER “EL GORDO”, see https://arxiv.org/abs/1405.2617. The Astrophysical Journal, 2015; 800 (1): 37 DOI: 10.1088/0004-637X/800/1/37

* Axion fuzzy dark matter ruled out: Vid Iršič, Matteo Viel, Martin G. Haehnelt, James S. Bolton, George D. Becker. “First Constraints on Fuzzy Dark Matter from Lyman-α Forest Data and Hydrodynamical Simulations”, seehttps://arxiv.org/abs/1703.04683 . Physical Review Letters, 2017; 119 (3) DOI: 10.1103/PhysRevLett.119.031302

 

什么是科学?科学一定要经过验证吗? 科学一定要能被验证才可以称之为科学吗?

这是的题目https://www.wukong.com/answer/6494858328659722510/?isRedirect=1

 

科学是发现正确科学理论的活动,科学是一个追求真理的过程。中国最权威的定义:“科学是关于自然、社会和思维的知识体系”。参见中国《辞海》。很显然,这个知识体系里,还有很多未经证实的东西!伪科学很可能隐含其中。

更全面一点的定义科学是一种理论和知识体系,它是人类对于客观世界的正确反映,是人类认识世界和改造世界的社会实践经验的理论概括和系统总结。

我们认为:科学理论必须经过人类最大可能的严格的验证和最缜密的数理逻辑检验,才能确立为正确的科学理论。从而,伪科学无处藏身!

卡尔·波普尔(SirKarl Raimund Popper,1902年-1994年)是当代西方最有影响的哲学家之一,其定义的可证伪科学范式已经不合时宜了。

波普尔关于科学的定义,已经被二十一世纪的新科学体系打破和抛弃。

一个科学理论可以 以公理化的命题开始,严格准确的逻辑推导,加以严密精确的实验验证,成为新的科学范式。同一个问题的不同理论,通过比较和竞争,排除错误的理论,从而确立一个完美科学理论的创建。

我们总结前人的经验,第一次介绍检验科学理论正确性的新标准:完美性。参见:《物理世界的理论创新模型》 《创新物理学》之一   http://www.pptv1.com/?p=9。(部分拷贝过来)

完美性具体体现为:

1.简单性:大道至简,简单明了。越简单越美!

2.精确性:准确无误、计算精确,甚至可计算至小数点后任意位的精度。

3.解释性:不仅逻辑上合理,并揭示事物的本质。

4.预见性:不仅适合现在的各种环境和条件,对于未来亦适用,能预测和预见未来。

5.统一性:能够将不同的理论和描述,甚至是矛盾的理论,统一成为一个完整的整体。

6.包容性:兼容并蓄,尊重原有各种理论及其产生的原因和历史背景,但新理论一定站得更高、看得更远,覆盖更广。

7.先进性:超越原有理论,更新旧的理论,与时俱进。

8.独立性:不依赖任何学派与理论,创建一个完全独立自主地创立一个新的理论体系。

9.稀缺性:不可缺少的力量(the power of indispensability)

如果没有创新物理学,就不可能解决令人迷惑的问题。这就是创新物理学不可或缺的、不可替代的、前所未有的力量。

10.一致性与完备性:一个理论的最高境界,既达到一致的逻辑和推理,结果无矛盾。同时,完备性,没有漏洞,没有悖论,全面、整体、终极。

如果创立一个新的科学理论体系,具有上述10个优势和特性,那么这个科学理论就具有完美理论的特征,也就离客观的真理更接近了。

这样的科学理论在科学世界还要接受更为苛刻的检验,如进一步排除奥卡姆的巧合概率,进行理论检验公理检验,并符合理论创新定律等。这样的理论才可以成为人类的真知,才可以成为世人广泛接受的真理学说。参见[14]:科学方法的正确性问题。http://www.pptv1.com/?p=324(部分拷贝过来)

科学理论与科学方法的正确性问题

正确的科学方法是什么?有正确的科学方法论吗?检验科学理论的正确性的标准是唯一的吗?这些问题,困扰着科学界,并没有得到很好地解决。

自从文艺复兴时期(第十四世纪)到当代,科学被定义为三步曲:定义为假设、理论和验证之间的(HTV)交互作用过程。

S1,假设H(假设或猜测)

S2、理论T(构建模型产生的预测)

S3,验证V(通过测试和实验对这些预测进行验证)

现代科学发展历程中运用H-T-V这一过程淘汰了许多非科学理论,为科学打下了坚实的基础。然而,它也让一些错误的理论通过过了H-T-V过程,如汤姆逊原子模型(http://www.britannica.com/science/thomson-atomic-model)。然而,随着不断迭代使用HTV过程,科学获得自我校正能力。它似乎是一个完美的科学方法论。

当然,这不可能是完美的科学方法论。当一个预测的验证是正确,其相应的假设也是正确的,因此,假设得到确认。然而,一个预测结果的否定,不能合乎逻辑地排除它的假设是错误的可能性。因为,很可能所做的检验是超出测试空间或其试验设置范围引起。因此,如果一个理论有一个非常大的参数空间,它可能在实践中无法测试。最好的例子是“上帝理论”,它可以预测包含一切可能性,也就是说,有无限大的参数空间。因此,一些理论的本质使得任何批评或实验都不可能马上去验证,甚至在原则上,它是不可能被验证。那就是,对那些“神一样的理论”H-T-V是完全无用的。

为了克服这个困难,卡尔波普尔坚持:一个理论如果不能被证伪,原则上,这不是一个科学的理论。科学理论的力量在于它既能够容易被证伪,并且能在不断的批评与质疑中被确立。这是科学哲学中所谓的划界问题,这就是波普主义哲学。

在波普主义哲学原则下,一个理论必须通过标定工具程序确定为是否可证伪,才能提交到H-T-V检验过程。许多伟大的理论几乎因为在当时的技术条件下不可证伪,因此而被废弃多年,经常长达半个世纪。

今天,问题变得越来越糟了。实验技术再也赶不理论思维的发展,许多伟大的物理理论是超越当今技术条件下才能够进行证伪的。一些理论原本是完全不可证伪的,例如,公理性的假设原则,以及绝对真理性的原理。

我们应该全部丢掉那些不可证伪的理论?我们应该停止任何超越当今技术条件的理论物理研究吗?或者,我们应该重新评估波普主义哲学?

而现在的西方科学早已超越了波普主义哲学。已经很深刻地反思波普主义哲学,如2015年十二月7-9日,在德国慕尼黑举行的一个题为{为什么要相信一个理论?反思科学方法论-现代物理学之光}的会议。许多非常杰出的物理学家和哲学家出席并讨论了这个非常重要的问题。请看:http://www.whytrustatheory2015.philosophie.uni-muenchen.de/index.html 。

而中国科学界仍然只拥抱波普主义哲学,强烈质疑科学理论创新,认定科学理论不能建立在猜测性假设,只能接受眼见为实的科学方法论。就像三十多年前中国有过一场《关于实践是检验真理的唯一标准》那样的大讨论,对于当时社会各界震动和影响很大。现在中国的科学界面临的问题,比那时还要复杂严峻,对理论创新有更多的限制和歧视。如果不能解放思想,敞开胸怀,尝试和探索,就不可能有真正意义上的创新。还用文艺复兴前的禁言禁声和打击迫害,更是与科学发展背道而驰。

除了现实实验能力和技术条件的限制,现在在理论创新与逻辑思辨和检验验证存在巨大的鸿沟,目前科学的另一个致命缺陷:即使100% 通过了H-T-V验证以及100%波普主义检验通过了的理论仍然可能是一个错误的理论。最重要的一个例子是SM基本粒子标准模型,因为他们通过了H-T-V各个步骤和100%波普主义要求的检验,但仍然是一个局部理论,而不是全局性的正确的理论,同样广义相对论也有此问题,现在看似一个伟大正确的理论,随着深度质疑的到来,会发现那是一个很不完善的局部理论。

另一方面,G弦物理学的认识论站在更高的高度、更广的视野,超出波普学派的制约,超出慕尼黑会议要求的科学理论水平。

从第一原理出发,发展出一个公理性的理论体系。该理论可以描述宇宙创生、标准模型粒子结构、统一力方程、不确定性原理等,可以理论计算如宇宙学常数、暗物质、暗能量、可见物质的成分、卡毕波角、温伯格角、精细结构常数、希格斯粒子精确值等。近几年的全球物理观测数据,正在向龚学物理的理论计算值逼近。

如该理论计算预测了:

新的真空波色子质量VB = (1/2) vev + 1% of vev =125.46 Gev

2012年欧洲强子对撞中心撞出来的125.4 Gev粒子就是这个!可惜,被错误地认为是希格子波色子,毫无道理!

2013年诺贝尔物理将授予给了希格斯发现者。

然而,发现希格斯玻色子5年过去了,希格斯玻色子发现到现在仍然没有一个合理的理论解释。其主要的希格斯60%的H衰减通道(H=>b-b、H=>u-u等)仍然不能确定。

LHC进行了大量的对撞实验,收集了海量的数据,一直到2017年11月后,主流至今无法解释希格斯玻色子机制。相反,认为这不是他们期望的希格斯粒子。

而龚学理论早在33年前就有机理产生125.46GeV的真空玻色子的预测,很好地解释和预测了质子碰撞的结果将产生真空玻色子。而至今真空玻色子是唯一能正确解释此结果的正确理论。

2年内全世界的实验物理进一步的实验验证,将证明希格斯机制的失败。即使是获得诺贝尔奖也有可能被证明是错误的理论。

龚学理论从提出到现在的38年来,随着主流物理实验数据的不断发现,它没有被证伪,相反被所有数据所证实,龚学理论应该是一个正确的理论。

一个正确的理论可以蒙尘!但一个正确的理论随着其它错误理论的失败,必将胜利!真理终将昭示于天下。