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online_member 发表于 2023-3-7 11:41:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
“读一本书,聊一聊天,认识一下更广袤的世界。”
上期和大家分享了《史瓦西奇点》中科学与人心的故事,今天我们来为这本书做个收尾
// 《我们不再理解世界》

1926年7月的那一天,慕尼黑的会场里,人们听着埃尔文·薛定谔对于量子世界的新探索,感到了一丝清晰。他们用类比“水波”来理解粒子的运动,薛定谔也成功找到了一个方程式来描述这一运动。在场的人们纷纷称赞这个方程式“超越了时空”,唯有沃纳·海森堡持不同意见。他坚持自己的一套描述粒子运动的方式,极为抽象和复杂,依靠的是一个又一个数字的表格。对于海森堡来说,原子内部的世界比现实世界更为混乱和古怪,因此我们无法用现实世界去类比想象那个世界。
然而,在这场讲座的一年前,海森堡却在德国的一个远离陆地的岛屿——赫尔戈兰,研究了他自己的理论。他离开城市,来到这个岛屿,希望通过避开城市的喧嚣,让自己的花粉过敏能够有所缓解。他越发地感觉到用传统物理概念去描述这个世界是行不通的,他必须找到一套新的语言。据记录,他在这个岛上,一直不眠不休地工作,甚至房间里都“闻着像死了人”。他发烧了,一连做了好多个奇怪的梦,梦里数字在他周围跳舞,然后缠住了他的脖子,让他窒息。但在一个夜晚,他醒了过来,发现自己的头脑格外清醒。他走到桌子前,打开笔记本,发现所有的数字矩阵已经写好在那儿了,他自己都不知道他是怎么得出来的。他拿起本子,出了房间,去到岛上的最高处,迎着海风,开始验算这些矩阵,一个接着一个,到最后他激动地意识到,他做到了。
或许,对于海森堡来说,赫尔戈兰的孤独是一种贵重的礼物。在这个小旅馆里,他独自思考、钻研,和量子世界展开了一场旷世之战。海森堡回到慕尼黑后,他的研究引起了许多学者的关注,但是他的理论却很难被理解和接受。他意识到自己的理论太过抽象和复杂,难以用普通人理解的语言来表达。于是,他决定采用数学语言来表述自己的理论,这一决定为他的研究带来了重大突破。
海森堡的理论建立在矩阵运算的基础上,这种运算方式极其抽象,但却非常适合用来描述量子力学中的现象。他的理论被称为“矩阵力学”,它不仅可以解释物质微粒的运动规律,还可以解释其他一系列现象,比如电子的自旋。
矩阵力学的突破对于现代物理学的发展产生了深远的影响,成为了现代物理学的基础之一。但是,海森堡的理论却一直备受争议,许多学者认为它过于抽象和难以理解,无法与其他学科相结合。然而,正是海森堡不畏困难、不断探索的精神,才使他成为了一位杰出的物理学家,他的贡献将永载史册。在他的一生中,他提出了许多划时代的理论和发现,其中最著名的就是不确定性原理。这一原理揭示了物理学中的一个重要现象:我们不能精确地同时知道一个物体的位置和速度。
作者拉巴图特以神秘、怪诞的笔调描写科学发现的过程,仿佛它是一个神秘的仪式或是艺术创作。他模糊了疯子和天才之间的界限,也混淆了感性和理性的界限,这似乎是他要动摇我们对于科学或人类理性的固有认知。拉巴图特的观点促使我们思考:科学真的是那么可靠吗?它真的可以指引我们认识和理解这个世界吗?
回到陆地后,海森堡尝试将自己的顿悟凝聚成一篇文章。1925年12月,他在《德国物理学杂志》上发表了《关于运动学和力学关系的量子论的重新解释》,这是量子力学最早的表述之一。爱因斯坦读过这篇文章后,甚至他自己也觉得这篇论文过于复杂,让人头痛不已。
相比之下,薛定谔提出的公式则简洁、形象、优美。在一次慕尼黑的讲座中,当海森堡质疑他时,薛定谔回答说:“世界上有一些事情是无法用常识性的类比来思考的,但原子的内部结构并不在此列。”
尽管海森堡在接下来的两年中不断攻击薛定谔的观点,但薛定谔仍然占据着上风。海森堡的父母因此劝他不要浪费才华,去德国谋求教职。最终,海森堡还是妥协了,成为了他的导师丹尼斯·珀尔的助手。
珀尔同时认可海森堡和薛定谔的理论,并提出了一个结合两者的新理论,称为“互补理论”。海森堡和珀尔因此吵架,但海森堡最终改变了想法,认为粒子位置是一个概率问题。海森堡的理论挑战了牛顿的决定论,指出物质运动是随机的,像抛骰子一样。1927年,海森堡在一个会议上发表了他的新观点,引起了爱因斯坦的反对。爱因斯坦试图找到一个能驱逐量子力学随机性的统一理论,但没有成功。薛定谔也不满量子力学,但海森堡因创立量子力学而获得了诺贝尔奖,他的不确定性原理仍被广泛接受。
在科学史上,薛定谔、海森堡、珀尔、爱因斯坦等人之间的辩论并不仅仅是学科之间的争论,更是一场有关于人们的世界观和道德观的深刻思考。这场辩论引发了人们对科学与世界关系的基本问题,即这个世界是确定还是不确定,是有序还是无序,是可知还是不可知。对于这些问题,作者拉巴图特显然站在了海森堡的立场上,认为这个世界是不确定、无序、不可知的。他揭示了一个重要的观点:与其追求这个世界的可知性,承认和接受这个世界的不可知可能是更具挑战性的。因为承认和接受不可知,也即意味着我们必须承认和接受自身的渺小。
这个观点其实并不新鲜。早在康德的哲学中,就有类似的思考,他认为承认不可知是我们承担道德责任的前提。只有承认“不可知”,我们才会时刻自我反省和拷问,这样才能问自己:这件事情是否科学?是否道德?是否值得去做?正是这种不断的、没有终点的自我反省和拷问,推动了历史的前进。
在本书的最后一篇小说中,作者讲述了一位园丁的故事。他曾学习数学,但最终放弃了。如今,他全身心地投入到园艺工作中。然而,他对于量子力学理论却感到茫然和渺小,这种感受实质上也是面对现实世界的无力和渺小。他说:“量子力学让我们的世界改头换面到了一个认不出来的地步。我们知道怎么用它,它完美地运转着,但我们却无法真正明白它的原理。人脑无法应对其中的矛盾和悖论。就仿佛这个理论是凭空落到地球上的一样,就好比它是源自太空的一块独石碑,而我们只是在它周围爬着,不时摸摸它、扔它石头和木棍,却从来没有真正地理解它——宛如猿猴。”
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