如果，一個理論能在給定精度范圍內(nèi)對自然規(guī)律加以描述和總結(jié)，我們便說這個理論是“正確”的。那么，所有正確的理論都是平等的嗎？在物理的領(lǐng)域，這個問題的答案一定是，“否”。
“物理是一門實(shí)驗(yàn)的學(xué)科”，這話絕對不會錯。近代物理的發(fā)展是基于大量物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和規(guī)律的總結(jié)。對于大量實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)，這樣的理論被稱作“唯象理論”。但物理學(xué)家卻不會滿足于像收集知識的碎片一樣來建立我們對于這個世界的描述。事實(shí)上，現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展早已超出了由實(shí)驗(yàn)來引導(dǎo)理論發(fā)展的這種模式。
現(xiàn)代物理學(xué)的目標(biāo)，不僅僅只是建立對于對于我們這個世界的一個精確描述，更多的是探尋我們這個世界之所以是這樣的更根本的原因。如果說庫倫定律、電流的磁效應(yīng)、安培定律、法拉第電磁感應(yīng)定律是物理學(xué)家為了建立對于電磁現(xiàn)象的一個唯象性的描述。那么以麥克斯韋方程組為基礎(chǔ)的經(jīng)典電磁學(xué)則可以說得上是關(guān)于電磁現(xiàn)象的一套系統(tǒng)理論了。
理論物理與唯象理論最大的不同在于，一套系統(tǒng)化的物理理論有著對于它所用到的物理概念的明確定義，和建立起這個理論的基本假設(shè)和猜想（類似于數(shù)學(xué)中的公理），這些假設(shè)不僅包含對現(xiàn)實(shí)規(guī)律的抽象，還包含了我們處理這些物理概念應(yīng)符合的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)和邏輯基礎(chǔ)，例如牛頓力學(xué)中假設(shè)物體的運(yùn)動的背景為一個3維歐幾里得空間。從這些最基本的假設(shè)出發(fā)，在假設(shè)中包含的數(shù)學(xué)背景和邏輯基礎(chǔ)對于定義的基本物理概念進(jìn)行處理和運(yùn)算，便可得到這個理論系統(tǒng)中所有的定律。
雖然進(jìn)行這樣的抽象和假設(shè)讓人感覺并不可靠，但現(xiàn)代物理學(xué)的發(fā)展證明這種方法往往是有效的，并且也是必須的。物理的理論系統(tǒng)往往能為那些零散的唯象理論找到更為根本性的解釋。用簡潔而深刻的原理描述自然復(fù)雜規(guī)律這方面邁出第一步的便是近代物理的奠基人牛頓，開普勒歷經(jīng)多年整理出的對于行星運(yùn)動描述的三大定律可以從更為基本的牛頓運(yùn)動定律和萬有引力定律推導(dǎo)得出。麥克斯韋可能在實(shí)驗(yàn)方面并沒有做太多，但他對前人在電磁領(lǐng)域方面進(jìn)行的研究進(jìn)行系統(tǒng)化的總結(jié)加上他對非恒定情況下的安培環(huán)路定律的研究所得到的麥克斯韋方程組不僅預(yù)言了電磁波的存在，為后來的信息時代做下了鋪墊，還將光學(xué)和電磁學(xué)這兩門原本不相干的領(lǐng)域聯(lián)系在了一起。此外，讓我感到相當(dāng)震撼的還有利用麥克斯韋方程組，將某一體積V內(nèi)的電磁場所具有的能量對時間t求導(dǎo)，利用歐姆定律，我們不僅得到了焦耳定律、電源功率表達(dá)式P=UI，還得到了穿過某一面元的電磁能流密度矢量（Poynting矢量）的表達(dá)式S=E×H 。而現(xiàn)代粒子物理通過數(shù)學(xué)上的對稱性就能預(yù)言新的粒子的存在，更顯現(xiàn)出構(gòu)建一個系統(tǒng)性的物理理論的重要性。
當(dāng)然我并不像否認(rèn)實(shí)驗(yàn)的重要性。楊振寧認(rèn)為，即使弱相互作用的宇稱守恒并不破缺，吳健雄的實(shí)驗(yàn)還是值得敬佩的，為的只是她的這種探索和質(zhì)疑的精神。所有理論的最終是否確立都是必須經(jīng)過時間檢驗(yàn)的。如果說數(shù)學(xué)是關(guān)于一切可能的規(guī)律與秩序的科學(xué)，那么物理便是對自然的規(guī)律和法則的研究。不能接受實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的理論只能稱之為數(shù)學(xué)而不是物理。但是暫時無法經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)不代表毫無價值，黎曼在19世紀(jì)中葉建立黎曼幾何的時候絕不會想到它在廣義相對論中的應(yīng)用，后來不斷發(fā)展完善的微分幾何也不會想到會在物理的規(guī)范場論中產(chǎn)生如此大的作用。
所有的理論都必須具有可證偽性，物理理論也一樣。當(dāng)前的物理研究主要方法是物質(zhì)的某些性質(zhì)進(jìn)行抽象然后建立物理模型。就目前的物理模型來看，與現(xiàn)實(shí)的情況還是有一定差距的。當(dāng)一個理論并不能完全反應(yīng)現(xiàn)實(shí)世界的情況時，我們并不能說這個理論是錯誤的。當(dāng)我們認(rèn)同這個理論的基本假設(shè)和演繹過程中的邏輯基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)得到的所有的定律在理論內(nèi)部都是成立的。如果出現(xiàn)了與現(xiàn)實(shí)不符合的情況，多半是理論的假設(shè)和對現(xiàn)實(shí)的抽象并沒有很好地描述現(xiàn)實(shí)中的情況，這時候需要擁有更接近現(xiàn)實(shí)的假設(shè)和抽象的物理模型，就像經(jīng)典力學(xué)中假定物體運(yùn)動的空間是一個三維歐式空間那樣，在相對論條件下這種空間并不能很好的描述我們的世界。
雖然那些物理中的基本假設(shè)永遠(yuǎn)也無法證明，在此基礎(chǔ)上發(fā)展出我們的物理大廈看似并不可靠，但這種方法也是我們可以依賴的唯一途徑。在一個理論體系中，除了公理以外所有的定律、命題都可以從公理出發(fā)，由邏輯論證得到。而那些公理本身無法再被更基本的命題證明，它們要么是來源于對現(xiàn)實(shí)的直觀感的抽象，或者是直接進(jìn)行構(gòu)造性的定義。而這也是無法避免的，因?yàn)樽C明一些定理的過程本身就是要表明這個定理是由先前某些已經(jīng)證明的命題邏輯推導(dǎo)得到，而這些命題又要利用另一些已經(jīng)證明的命題，這樣的過程永遠(yuǎn)不會終止，除非在某一點(diǎn)停下來，因此必須有一些被稱為公設(shè)或公理的命題，只能把它們只能被當(dāng)做是真命題接受下來，再由它們出發(fā)，用純粹的邏輯論證，推導(dǎo)出所有其他的定律。如果說物理學(xué)家有什么信仰的話，便是對物理中最基本假設(shè)的信仰了吧，這時“假設(shè)”不再稱為“假設(shè)”，而是被稱為“原理”。也許我們今天所相信的基本假設(shè)在未來的某一天可能會被推翻，就像我們發(fā)現(xiàn)宇稱不守恒的情形那樣。即使是物理規(guī)律對于時間和空間的平移對稱性這樣作為物理研究的基礎(chǔ)的假設(shè)，也有可能被我們在未來的某一天發(fā)現(xiàn)并不成立。如果說物理研究發(fā)現(xiàn)時間和空間并不是描述自然的最基本要素，而是有一些更為基本的元素產(chǎn)生的宏觀效應(yīng)，那么這時這種對稱性被破壞也不是沒有可能的。但我相信，無論如何，在一個最基本的層面上一定有著某種對稱與守恒作為基本原理而存在，正是因?yàn)樗判纬闪宋覀兊拇笄澜纭?br>
物理理論的公理化，也是希爾伯特第六問題，目前并沒有完全得到解決，但這并不妨礙我們通過公理化的方法來看待物理理論和物理問題，這讓可以讓我們更清楚地看到何為真實(shí)與正確的本質(zhì)，數(shù)學(xué)在物理中扮演一個什么樣的角色。
在描述現(xiàn)實(shí)中的物理規(guī)律方面，現(xiàn)代物理已經(jīng)做得足夠好了，但物理學(xué)并沒有終結(jié)，而是不斷的往前發(fā)展著?，F(xiàn)代物理的理論已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了實(shí)驗(yàn)前面。事實(shí)上，現(xiàn)代物理中很多物理量和物理概念在現(xiàn)實(shí)世界無法用實(shí)驗(yàn)觀測和檢驗(yàn)。對現(xiàn)實(shí)情況的預(yù)言只是物理理論的冰山一角。所謂正確，只要這冰山一角是相同的并符合實(shí)驗(yàn)觀測，都可以稱之為正確。而現(xiàn)代粒子物理和高能物理所做的大部分工作，只是冰山下的物理的相容性。因?yàn)槲覀兿嘈?，決定這個世界如何運(yùn)行的的基本原理一定是簡潔優(yōu)美而對稱的。我們相信，這個宇宙的規(guī)則不是隨意零散、雜亂無章的。雖然宇宙最基本的真理可能永遠(yuǎn)也不會被我們找到，即使找到了也永遠(yuǎn)不會被完全驗(yàn)證，但至少我們相信它的存在，我們相信對它的追尋可以不斷地引導(dǎo)我們的前進(jìn)。
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