于是將其暫時(shí)放下明天再細(xì)說，先講講物理學(xué)的四大神獸。 因?yàn)椋诶i論這個(gè)系列中，四大神獸出現(xiàn)了三只，干脆今天一并都補(bǔ)齊了分享給大家。 坤鵬論在《熵這只時(shí)間之矢要將宇宙帶向死寂？》中講了縮地成寸芝諾龜。 這只困擾人們2000多年的烏龜，被稱為物理學(xué)四大神獸之首。 其他三只神獸都是誰呢？ 它們是——拉普拉斯獸（妖）、麥克斯韋妖和薛定諤的貓。 后面在說信息熵的時(shí)候，會專門講麥克斯韋妖，今天先講拉普拉斯獸和薛定諤的貓。 一、宏觀經(jīng)典力學(xué)的守護(hù)神獸——拉普拉斯獸 坤鵬論在《投資不懂概率 永遠(yuǎn)摸不到賺錢的真諦》中講過概率論的發(fā)展史，它主要形成于1654年到1760年。 自概率論誕生并完善成一門學(xué)科后，科學(xué)界如虎添翼。 為什么這么說？ 因?yàn)椋S著人類科學(xué)研究越來越深入，特別是在微觀領(lǐng)域，越來越多的不確定、結(jié)果不明確的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)并提出來。 比如：大量的隨機(jī)現(xiàn)象，對當(dāng)時(shí)的權(quán)威科學(xué)理論產(chǎn)生了質(zhì)疑。 概率論擔(dān)當(dāng)了救駕的功臣。 不靈？不準(zhǔn)？它一出馬，質(zhì)疑消停大半。 所以，概率論一經(jīng)產(chǎn)生，就被作為一個(gè)認(rèn)識、解決問題的工具在使用。 借助概率論，人類透過紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象，依然可以看到秩序和確定性。 這讓人們鍥而不舍地在不確定中尋找確定，充滿信心。 凱恩斯就曾向世人強(qiáng)調(diào)其著名的中立原則——“如果沒有充分的理由來判斷某件事的真?zhèn)?，就選對等的概率來確定每件事物的真實(shí)性?！?/span> 法國分析學(xué)家、概率論學(xué)家和物理學(xué)家拉普拉斯（1749年~1827年）曾有一段名言： “世界的未來完全由它的過去所決定，而且，只要掌握了這個(gè)世界在任一時(shí)刻的狀態(tài)的數(shù)學(xué)信息，就能預(yù)報(bào)未來?！?/span> 他在1812年出版了《概率分析理論》一書，在該書中總結(jié)了當(dāng)時(shí)整個(gè)概率論的研究，論述了概率在選舉審判調(diào)查、氣象等方面的應(yīng)用等。 拉普拉斯是位相當(dāng)牛的科學(xué)家，比如：他的《概率分析理論》是早期概率史三部里程碑著作；分析概率論的創(chuàng)始人，應(yīng)用數(shù)學(xué)的先驅(qū)；曾對正態(tài)分布做出重要貢獻(xiàn)；是天體力學(xué)的主要奠基人；天體演化學(xué)的創(chuàng)立者之一；曾任過拿破侖的老師…… 但是，拉普拉斯再牛，也還是個(gè)人，不是神，所以，他一樣有局限，有學(xué)問上的局限，也有做人上的局限。 做人的局限主要表現(xiàn)在，政治上是個(gè)小人物、墻頭草，總是效忠于得勢的一邊，被人看不起，拿破侖曾諷刺他把無窮小量精神帶到內(nèi)閣里。 在此，坤鵬論也提醒大家，人無完人，金無足赤，任何一個(gè)人不管在哪方面優(yōu)異無比，都不代表他360度全方位的優(yōu)異。 就像一個(gè)人在學(xué)問上不管有多牛，都不代表他的品德有多高尚。 而且，學(xué)問就是學(xué)問，它不會因?yàn)槿说钠返碌投e(cuò)誤百出，也不會因?yàn)槿说钠返赂叨鲱惏屋汀?/span> 它們之間沒有強(qiáng)因果關(guān)系。 正如錢鐘書先生所說：“假如你吃了個(gè)雞蛋，覺得不錯(cuò)，何必要認(rèn)識那下蛋的母雞呢？” 所以，看人，我們一定要明白這點(diǎn)，不能二元論，要就事論事，切莫以偏蓋全，否則，受傷的，總是你。 同時(shí)，當(dāng)有人拿沒有因果關(guān)系之事對別人進(jìn)行批判時(shí)，這樣的人非壞即爛，一定要堅(jiān)決地不聽不信不理之！ 拉普拉斯是19世紀(jì)經(jīng)典力學(xué)最厲害的馬前卒。 他吸納畢達(dá)哥拉斯“萬物皆數(shù)”之力，結(jié)合天體力學(xué)、概率論等思想精華，創(chuàng)造了宏觀經(jīng)典力學(xué)的守護(hù)神獸拉普拉斯獸。 1814年，拉普拉斯提出了著名的科學(xué)假設(shè)： 假設(shè)一個(gè)智能生物，他能掌握全宇宙中每一個(gè)粒子的瞬時(shí)位置和速度，根據(jù)牛頓力學(xué)定律，就可以預(yù)測出未來任意時(shí)刻粒子的狀態(tài)，同時(shí)也能推算出過去任意時(shí)刻粒子的狀態(tài)。 這就是大名鼎鼎的諦聽神獸——拉普拉斯獸，善推演，能知萬物。 它也被稱為拉普拉斯信條，又叫決定論、歷史決定論、科學(xué)決定論、科學(xué)宿命論。 拉普拉斯獸基本統(tǒng)治了18、19世紀(jì)的科學(xué)界。 它令科學(xué)家們堅(jiān)定地認(rèn)為：只要知道宇宙在某個(gè)任意選擇的初始時(shí)刻的狀態(tài)，就能夠確定它在其他任何時(shí)刻的狀態(tài)。 在這種思想之下，世界簡單到了像一部鐘，如鐘表一般滴答滴答地一圈圈地規(guī)律走動(dòng)。 你想弄清楚鐘表的構(gòu)造和運(yùn)行規(guī)律，那就把它拆卸、分解開來。 還原到它的最基本的組成單元，就能把想知道的問題弄清楚了，也就是“欲知森林，先剖樹木”，并且可以預(yù)知未來的一切。 對熱力學(xué)第一定律（能量守恒定律）做出貢獻(xiàn)的亥姆霍茲如是說：“自然科學(xué)的最終目的是，自然界是一切過程還原成作為這些過程基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)，并探索它們的推動(dòng)力，也就是說，把它們還原為力學(xué)。” 所以，拉普拉斯信條還被稱為機(jī)械論。 這種觀點(diǎn)得到了當(dāng)時(shí)包括愛因斯坦在內(nèi)的許多科學(xué)家的支持。 愛因斯坦在給丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾（后面會具體提到他）的一封信中寫道：“你信仰投骰子的上帝，我卻信仰完備的定律和秩序?！?/span> 這就是名言“上帝不擲骰子”的出處。 注：愛因斯坦的字典里，上帝＝自然，這是當(dāng)時(shí)科學(xué)界的普遍定義。 玻爾的回應(yīng)是：“不要企圖教上帝該怎么做?！?/span> 如果你不明白復(fù)雜性科學(xué)，就不會明白玻爾的這句話有多么牛。 決定論認(rèn)為，一切都是由“因果關(guān)系”聯(lián)系起來的。 世界中一切的運(yùn)動(dòng)都由確定的規(guī)律決定。 只要知道了原因，就一定能知道結(jié)果。 在這一基礎(chǔ)上，人類科學(xué)得到了巨大的發(fā)展。 但是，不到100年，熱力學(xué)和量子力學(xué)等新理論萬箭齊發(fā)射向拉普拉斯獸。 以物理學(xué)家開爾文以及量子力學(xué)的海森堡開始聯(lián)手圍剿，這只無所不能的拉普拉斯獸最終一命嗚呼，和2000年的芝諾龜相比，算是夭折在了襁褓里。 不過，拉普拉斯獸的最強(qiáng)天敵應(yīng)該是洛倫茲的蝴蝶。 這只蝴蝶，輕輕在亞馬遜河流熱帶雨林中扇動(dòng)翅膀，兩周以后在美國得克薩斯州引發(fā)一場龍卷風(fēng)。 決定論的拉普拉斯獸也在其翅膀扇動(dòng)后，土崩瓦解。 對于拉普拉斯信條不成立，霍金在《時(shí)間簡史》中給出了三個(gè)理由： 首先，牛頓力學(xué)定律并不是宇宙真理，它已經(jīng)被廣義相對論所取代。 廣義相對論也不是宇宙真理，它只是在研究大尺度宇宙空間的時(shí)候比牛頓力學(xué)定律更好用。 其次，測不準(zhǔn)原理決定我們無法確切地知道從原子到天體某一時(shí)刻的全部狀態(tài)。 最后，三體問題限制了我們推演和計(jì)算未來的能力。 信奉邏輯實(shí)證主義的哲學(xué)家波普爾較早在《歷史決定論的貧困》一書中給出的論證與霍金相似，只是更哲學(xué)些。 二、根深蒂固的神操論 從拉普拉斯獸可以看出來，從人類認(rèn)識自然開始，神就是所有現(xiàn)象背后的一個(gè)終極解釋。 凡人們不懂者，都?xì)w到神的范疇。 中國古人用雷公、電母、龍王解釋打雷下雨的現(xiàn)象。 北歐則流傳著三合一功能的雷神索爾的故事。 那時(shí)候，世界各地的古人根本不可能有溝通，所以，這種想法看來就是人類自然而然的推斷。 想想也是，渺小的人類面對那種驚天動(dòng)地的現(xiàn)象，在瑟瑟發(fā)抖之下，自然會不斷去想，這到底是誰的所作所為？ 只要問題落到了“誰”，也就自然而然會描繪出神這樣超然、萬能的存在。 直到今天人們還保有這種樸素而古老的思維方式，這就是人性中所謂的大人物法則——相信很多事情背后都有人（或組織等）在暗中操縱。 世間大部分陰謀論都依據(jù)這樣的套路，為什么人們愛信，關(guān)鍵是符合大人物法則。 有人還給這個(gè)法則起名為神操論。 運(yùn)用神操論可以輕而易舉地解釋過去發(fā)生的所有事情，無論是自然現(xiàn)象還是社會現(xiàn)象。 曾經(jīng)有一位科學(xué)工作者自信滿滿地向牧師發(fā)問：“如果世界是神在6000多年前創(chuàng)造出來的，那么如何解釋那些有上千萬年歷史的化石呢？” 牧師答道：“神造人難道要從受精卵造起嗎？他既然可以當(dāng)下造一個(gè)青年出來，讓他看上去是20歲的樣子，那么就可以在6000年前造出看上去有上千萬年歷史的化石?！?/span> 從遠(yuǎn)古到牛頓，從中世紀(jì)到文藝復(fù)興，再到巴洛克…… 人類對世界認(rèn)識的進(jìn)步過程，就是將原先由大神操縱來解釋的事件一點(diǎn)一點(diǎn)修正為用規(guī)律來解釋。 到了拉普拉斯，終于使得科學(xué)定律中不再含有神任意干預(yù)的意味。 但是，也正是從他開始，科學(xué)走過了頭，科學(xué)代替了上帝，成為了新的宗教、新的神。 三、物理學(xué)四大神獸之薛定諤的貓 薛定諤的貓如今已經(jīng)是教授量子論的經(jīng)典比喻。 而且，光是提提它的名字，都會讓人覺得特別高檔。 它是量子力學(xué)中最著名、也最被誤解的概念之一。 當(dāng)然，談起量子力學(xué)，又是另一段漫長而有趣的知識了。 今天坤鵬論只講講與薛定諤的貓相關(guān)的普及知識點(diǎn)。 1.量子是什么？ 它的意思是，一個(gè)物理量如果存在最小的、不可分割的基本單位，這個(gè)物理量就是量子化的，其最小單位叫量子。 通俗地講，量子是能表現(xiàn)出某物質(zhì)或物理量特性的最小單位。 所以，量子并不是我們已知粒子中的任何一種粒子，它代表的是可以量子化的物理量的最小單位。 量子化就像樓梯一樣，我們上樓時(shí)只能一個(gè)臺階、一個(gè)臺階地向上邁。 樓梯的臺階只能使用整數(shù)計(jì)量，比如：第一層臺階、第二層臺階、第三層臺階…… 永遠(yuǎn)不會出現(xiàn)1.2層臺階、2.65層臺階。 這就意味著樓梯是不能被無限分割的，樓梯存在著最小單位——一層、一層的臺階就是量子。 2.量子力學(xué)是什么？ 量子力學(xué)是一門研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)理論。 研究對象（微觀粒子）包括：分子、原子、原子核、基本粒子（光子、夸克、電子、中微子等）。 量子力學(xué)中有個(gè)概念非常重要，它叫觀測，正是它催生了薛定諤的貓。 在那個(gè)以愛因斯坦為代表的科學(xué)盛世，科學(xué)家們很快就對比原子還小的粒子——亞原子有了新的認(rèn)識。 但是，在實(shí)驗(yàn)測量過程中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，電子這些粒子實(shí)體的行為非常奇怪。 它的位置和速度根本無法測量。 他們發(fā)現(xiàn)，電子的速度和位置都是“規(guī)律的隨機(jī)”。 什么意思？ 就是它們確實(shí)是按概率分布的，但是，在這些概率中具體是哪個(gè)概率卻是隨機(jī)的，無法形成一個(gè)有規(guī)律的結(jié)果。 科學(xué)家無法推斷出其運(yùn)動(dòng)軌跡。 所以，以1922年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者、丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾為代表的一派科學(xué)家（被稱為哥本哈根學(xué)派）認(rèn)為： 像電子這樣的粒子在被測量前并沒有明確的性質(zhì)，它們存在著狀態(tài)疊加，比如：50%的幾率被導(dǎo)向向上，50%的幾率被導(dǎo)向向下。 科學(xué)家經(jīng)過無數(shù)次測量，把測量的情況都標(biāo)注出來，會發(fā)現(xiàn)電子構(gòu)成了一朵云的形狀，而電子則會在這朵云中隨機(jī)出現(xiàn)。 不過，具體在哪兒不知道，只有在測量的時(shí)候它才會給出一個(gè)結(jié)果，變成一個(gè)點(diǎn)。 玻爾解釋道：“它是一個(gè)粒子，同時(shí)出現(xiàn)在云中的所有位置，當(dāng)我們要測量它的時(shí)候它會隨機(jī)選一個(gè)位置出現(xiàn)，告訴我們它在哪。” 這個(gè)解釋非常詭異，如果它是一個(gè)粒子，又為什么會同時(shí)出現(xiàn)在那么多位置？ 坤鵬論認(rèn)為，玻爾的意思是，沒有觀測時(shí)，電子可能會在云中的任何位置，只有觀測的那一刻，你才知道電子在哪里。 那么，我們可以認(rèn)為電子在你沒有觀測它時(shí)，它是一片云，在你觀測的那一刻，它是一粒電子。 也就是，微觀物質(zhì)有不同的存在形式，即粒子和波（云）。 愛因斯坦和薛定諤特別不認(rèn)可玻爾這種模棱兩可的解釋。 為此，愛因斯坦和玻爾沒少打嘴仗。 前者提出一個(gè)又一個(gè)的思想實(shí)驗(yàn)，力求證明玻爾的"互補(bǔ)原理"的矛盾和錯(cuò)誤。 而玻爾每次都巧妙地進(jìn)行了反駁。 不過，這場長期的論戰(zhàn)從許多方面促進(jìn)了玻爾觀點(diǎn)的完善，使其在以后對互補(bǔ)原理的研究中，不僅運(yùn)用到物理學(xué)，而且運(yùn)用到其他學(xué)科。 正像坤鵬論在《熵這只時(shí)間之矢要將宇宙帶向死寂？》提到的，人們在辯證這樣的不停論證、辯論過程中，增加了認(rèn)知能力。 作為愛因斯坦的戰(zhàn)友，1935年，薛定諤發(fā)表了一篇名為《量子力學(xué)的現(xiàn)狀》的論文，其中講了著名的薛定諤的貓，它是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。 什么是思想實(shí)驗(yàn)？ 思想實(shí)驗(yàn)指的是，使用想象力進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。 為什么要用想去實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/span> 因?yàn)?，這類實(shí)驗(yàn)都無法在現(xiàn)實(shí)中做到。 科學(xué)家和哲學(xué)家經(jīng)常用它來論證一些容易讓人感到迷惑的理念或假說。 比如：笛卡爾曾進(jìn)行過的“我思故我在”以及證明神的存在，都算是思想實(shí)驗(yàn)。 思想實(shí)驗(yàn)需求的是想象力，而不是感官。 愛因斯坦曾說：“理論的真理在你的心智中，不在你的眼睛里?！?/span> 歷史中，伽利略的實(shí)驗(yàn)大多數(shù)就是思想實(shí)驗(yàn)。 歷史已經(jīng)證明，他并沒有從比薩斜塔上同時(shí)扔兩個(gè)鐵球來證明亞里士多德的錯(cuò)誤。 在坤鵬論看來，不管是科學(xué)家，還是哲學(xué)家，思想試驗(yàn)都應(yīng)該算是專題的哲學(xué)思考。 薛定諤的貓大致意思如下： 一個(gè)盒子里有一只貓，以及少量放射性物質(zhì)。 50%的概率放射性物質(zhì)將會衰變，釋放出毒氣，殺死這只貓。 50%的概率放射性物質(zhì)不會衰變，貓將活下來。 根據(jù)經(jīng)典物理學(xué)，盒子里必將發(fā)生兩個(gè)結(jié)果中的一個(gè)。 再重復(fù)一下前面玻爾給的定義，電子在你沒有觀測時(shí)，它疊加混沌成一片云，一旦被觀測，它則成為電子。 讓我們回到盒子和貓。 由于放射性的鐳處于衰變和沒有衰變兩種狀態(tài)的疊加。 貓，就應(yīng)該處于死貓和活貓的疊加狀態(tài)。 這只既死又活的貓，就是薛定諤的貓。 貓，是死，是活，只有當(dāng)你打開盒子，觀測它時(shí)，疊加態(tài)突然結(jié)束。 相當(dāng)于，你一眼定其生死。 當(dāng)你琢磨清楚這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)后，也就知道了，在量子力學(xué)中，存在一個(gè)中間態(tài)，貓既不死也不活，直到進(jìn)行觀察看看發(fā)生了什么。 薛定諤的貓其實(shí)就是一個(gè)量子系統(tǒng)，它代表了量子物理學(xué)中最大的謎題之一：如何測量一個(gè)量子系統(tǒng)而不改變它？ 薛定諤講這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)的初衷是駁斥玻爾的解釋是多么荒謬。 但是，后來的科學(xué)家，接連成功地創(chuàng)造出真實(shí)版的薛定諤的貓。 有趣的是，人們還通過薛定諤的貓還衍生出了薛定諤的戀愛、薛定諤把妹法。 比如：薛定諤的戀愛，它是個(gè)網(wǎng)絡(luò)流行語，指看似是在戀愛，但仔細(xì)琢磨卻又不像，一方總是若即若離，時(shí)好時(shí)壞，是女朋友，碰一下卻會下意識躲閃……而另一方則像薛定諤的貓那般處于即單身又不單身的疊加狀態(tài)。 這種戀愛還有不少別名，如：不確定的愛情、備胎的愛情奮斗史、癩皮狗的愛情、魚塘之戀…… 百度百科最后這樣寫道：所以一切不確定的或者玄學(xué)東西都叫薛定諤的XX。 四、測不準(zhǔn)原理 前面講了，沒有觀測時(shí)，電子是一片云，在你觀測的那一刻，電子是一粒電子。 1927年，德國著名物理學(xué)家沃納·海森堡提出了測不準(zhǔn)原理，大名不確定性原理。 這個(gè)理論認(rèn)為，你不可能同時(shí)知道一個(gè)粒子的位置和它的速度，粒子位置的不確定性，必然大于或等于普朗克常數(shù)除于4π（ΔxΔp≥h/4π）。 這表明微觀世界的粒子行為與宏觀物質(zhì)很不一樣。 這個(gè)海森堡老厲害了，德國著名物理學(xué)家，量子力學(xué)的主要?jiǎng)?chuàng)始人，哥本哈根學(xué)派的代表人物，1932年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。 在美國學(xué)者麥克·哈特所著的《影響人類歷史進(jìn)程的100名人排行榜》，海森堡名列第43位。 注意，這個(gè)排名不光光是科技圈，有興趣的朋友可以找來這本書看看。 另外，測不準(zhǔn)原理還涉及到了很多深刻的哲學(xué)問題。 用海森堡自己的話說：“在因果律的陳述中，即‘若確切地知道現(xiàn)在，就能預(yù)見未來’，所得出的并不是結(jié)論，而是前提。我們不能知道現(xiàn)在的所有細(xì)節(jié)，是一種原則性的事情?！?/span> 本文由“坤鵬論”原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請保留本信息 |
|
|
