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这幅图像显示了引力透镜效应，因为空间被质量扭曲了。这是爱因斯坦相对论给出正确答案的预测。但即便如此，也不可能证明爱因斯坦是对的。图片版权：NASA，ESA和Johan Richard（美国加州理工学院）; 致谢：Davide de Martin＆James Long（欧空局/哈勃）
你听说过人类最伟大的科学理论：进化论，大爆炸理论，引力理论。你也听说过证明的概念，并且声称某些证据证明了这些理论的有效性。化石、遗传和DNA证明了进化理论。哈勃膨胀的宇宙，恒星，星系，重元素的演变 ，以及宇宙微波背景的存在证明了大爆炸理论。下落的物体，GPS时钟，行星运动，以及星光的偏转，证明了引力理论。
除了这是一个完全的谎言，虽然它们为这些理论提供了强有力的证明，但它们并不是证据。事实上，在科学方面证明什么都是不可能的。
从理论上讲，木星的大红斑与大气其余部分不同的特性可能与来自下方的热差异有关。即使有证据支持这个观点，也不会构成科学证据。图片版权：Art by Karen Teramura, UH IfA with James O’Donoghue and Luke Moore
现实是一个复杂世界。从经验主义的观点来看，我们所要做的就是衡量和观察的数量。即使是这样，这些量也仅仅是用来进行观测和测量的工具设备。距离和大小只和能接触到的测量尺一样；亮度测量仅仅和计算及量化光子的能力一样；即使是时间本身，也只有必须测量它的通过时间。无论我们的测量和观察结果如何，它们的有效程度都是有限的。
一个由两个镜子之间的光子反射形成的光钟将为观察者定义时间。即使狭义相对论理论和所有的实验证据都不能被证明。图片版权：John D. Norton
我们也不能观察或测量一切。即使宇宙不受支配它的基本量子规则约束，以及它固有的不确定性，也不可能每时每刻都测量每一种状态下的每一个粒子的状态。在某种程度上，不得不推断，这非常强大，非常有用，但也非常有限。
空间的曲率意味着在弯曲更大的空间里，更深层的时钟会以不同的速度运行，而不是在较浅的空间中运行。虽然我们对GPS卫星的预测非常好，但即使这样也不能“证明”广义相对论是正确的。图片版权：NASA
为了想出一个能够预测在各种条件下需要什么样的模型，需要了解一些事情：
1、能够测量什么、以及精度？
2、到目前为止，在特定的初始条件下测量什么？
3、这些现象有哪些规律，即观察到特定量之间存在什么关系？
4、现在所知道的限制是什么？
如果理解了这些，就有了合适的成分来制定一个科学理论：一个解释我们已经知道的事情的框架，并预测在新的、未经测试的情况下会发生什么。
如果你看得够远，能看到的最远的时间是138亿年——对宇宙年龄的估计。这是回溯到最早的时期，也是宇宙大爆炸的概念。虽然我们所观察到的一切都与《宇宙大爆炸》框架一致，但它并不是可以被证明的。图片版权：NASA / STScI / A. Felid
人类最好的理论，就像上述的进化论，宇宙大爆炸理论和爱因斯坦的广义相对论等一样，涵盖了所有这些基础。都有一个潜在的量化框架，使科学家们能够预测在各种情况下会发生什么，然后去测试这些预测。到目前为止，这些理论已经证明自己是非常有效的。理论的预言可以用数学表达式来描述，不仅可以说出应该发生什么，而且可以知道是多少是怎么样的！
对于这些理论来说，能在许多其他理论中进行了测量和观察，已验证了其理论的成功。但是，正如它所证明的那样：与伪造替代品一样强大——在科学上证明任何东西都是完全不可能的。
数学证明 [ f（x） - g（x）] 的导数等于f（x）的导数减去g（x）的导数。在科学中，即使是数学证明也不足100％确定，因为它不能100％确定数学规则适用于物理系统。图片版权：保罗道金斯/拉马尔大学
在科学中，最好的过程是非常相似的，但有一个警告：你永远不知道你的假设，规则或逻辑步骤何时会突然停止描述宇宙。你永远不知道你的假设何时会突然失效。你永远不知道你成功地应用于A、B和C的规则是否会成功地应用于情况D。
导致红移不仅仅是星系正在远离我们，更确切地说：我们和星系之间的空间将光从那个遥远的点转移到我们的眼睛上。当然这是基于一个假设，它的有效性，没有办法测试。如果这是错误的，那么也可以得出所有结论。图片版权：RASC卡尔加里中心的拉里·麦克尼什（Larry McNish）
这是一种信念的飞跃，认为它将会发生，尽管这些通常是很好的信仰飞跃，但不能证明这些跳跃总是有效的。如果自然规律随着时间的推移而改变，或者在不同的情况下，或在不同的方向或空间地点，又或者不适用于所处理的系统，那预测将是错误的。这就是为什么在科学中所做的每件事，不管它得到多少测试，都是初步的。
标准模型拉格朗日是包含标准模型的粒子和相互作用的函数方程。它有五个独立的部分：胶子（1），弱玻色子（2），物质如何与弱力和希格斯场（3）相互作用，减去希格斯场冗余（4）的幽灵粒子， Fadeev-Popov鬼场响弱相互作用的冗余（5）。中微子质量不包括在内，而且这只是迄今为止所知道的； 它可能不是描述4个基本力中3个完全拉格朗日函数。
即使在所有科学中理论物理学是最数学的，科学的“证明”也不是完全可靠的。如果对基础物理理论(或其数学结构)的假设不再适用——超出理论的有效性范围——将“证明”某些事实证明是不正确的。如果有人告诉你一个科学理论已经被证明，你应该问他们是什么意思？通常意思是“确信这是真的”，或者有压倒性的证据表明一个具体的想法在一个特定的范围内是有效的，但在科学上没有任何东西能真正被证明，因为科科学总是再自我证伪中不断修改。
在标准模型中，中子的电偶极矩比我们的观测极限大100亿倍。唯一的解释是：某种程度上，超越标准模型的东西是为了保护CP对称。我们可以在科学中展示很多东西，但是证明CP在强相互作用中是守恒的，或许是永远不可能做到的。图片：来自Andreas Knecht的公共领域工作
这并不意味着根本不可能知道任何事情。相反，在许多方面，科学知识是我们可能获得的关于世界的最“真实”的知识。但在科学方面，没有任何事情可以证明是毫无疑问的。
正如爱因斯坦曾经说过的那样：
科学理论家是不可被嫉妒的，对于自然，或者更精确的实验来说，对于他的工作是一个不可或缺的无情评判。它从来没有对理论说“是”。在最有利的情况下，它说“也许”，在绝大多数情况下，只是“不”。如果一个实验验证一个理论，它意味着后者“也许”，如果不能验证则意味着“不”。也许大多数理论在概念发表之后不久都有一天会经历它的“不”。
统一的观点认为三种标准模型的力，甚至是更高能量的力，都统一在一个框架内。这个想法是强大的，也导致了大量的研究，但这是一个完全未经证实的猜想。尽管如此，许多物理学家相信这是理解自然的一种重要的方法或途径。图片版权： ABCC Australia 2015 www.new-physics.com
所以有时候不要试图证明一些事情，试着说服自己 成为最严厉的评论家和最大的怀疑论者 。每一个科学理论或许总有一天会失效，如果这样做的话，这将预示着一个科学探索和发现的新时代。
在所有人类史上所提出的科学理论中，最好的理论成功的时间最长，范围最广，影响力最深…。在某种意义上这比证明更好：这是对人类有史以来想象物质世界最正确的描述！
知识：科学无国界，博科园-科学科普
作者：Ethan Siegel（天体物理学家）
来自：Forbes science
编译：卿君侧
审校：博科园
