于是將其暫時放下明天再細說，先講講物理學的四大神獸。 因為，在坤鵬論這個系列中，四大神獸出現(xiàn)了三只，干脆今天一并都補齊了分享給大家。 坤鵬論在《熵這只時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)典力學的守護神獸——拉普拉斯獸 坤鵬論在《投資不懂概率 永遠摸不到賺錢的真諦》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科后，科學界如虎添翼。 為什么這么說？ 因為，隨著人類科學研究越來越深入，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：大量的隨機現(xiàn)象，對當時的權(quán)威科學理論產(chǎn)生了質(zhì)疑。 概率論擔當了救駕的功臣。 不靈？不準？它一出馬，質(zhì)疑消停大半。 所以，概率論一經(jīng)產(chǎn)生，就被作為一個認識、解決問題的工具在使用。 借助概率論，人類透過紛繁復雜的現(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性?！?/span> 法國分析學家、概率論學家和物理學家拉普拉斯（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，只要掌握了這個世界在任一時刻的狀態(tài)的數(shù)學信息，就能預報未來。” 他在1812年出版了《概率分析理論》一書，在該書中總結(jié)了當時整個概率論的研究，論述了概率在選舉審判調(diào)查、氣象等方面的應用等。 拉普拉斯是位相當牛的科學家，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，應用數(shù)學的先驅(qū)；曾對正態(tài)分布做出重要貢獻；是天體力學的主要奠基人；天體演化學的創(chuàng)立者之一；曾任過拿破侖的老師…… 但是，拉普拉斯再牛，也還是個人，不是神，所以，他一樣有局限，有學問上的局限，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。 就像一個人在學問上不管有多牛，都不代表他的品德有多高尚。 而且，學問就是學問，它不會因為人的品德低而錯誤百出，也不會因為人的品德高而出類拔萃。 它們之間沒有強因果關(guān)系。 正如錢鐘書先生所說：“假如你吃了個雞蛋，覺得不錯，何必要認識那下蛋的母雞呢？” 所以，看人，我們一定要明白這點，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，當有人拿沒有因果關(guān)系之事對別人進行批判時，這樣的人非壞即爛，一定要堅決地不聽不信不理之！ 拉普拉斯是19世紀經(jīng)典力學最厲害的馬前卒。 他吸納畢達哥拉斯“萬物皆數(shù)”之力，結(jié)合天體力學、概率論等思想精華，創(chuàng)造了宏觀經(jīng)典力學的守護神獸拉普拉斯獸。 1814年，拉普拉斯提出了著名的科學假設(shè)： 假設(shè)一個智能生物，他能掌握全宇宙中每一個粒子的瞬時位置和速度，根據(jù)牛頓力學定律，就可以預測出未來任意時刻粒子的狀態(tài)，同時也能推算出過去任意時刻粒子的狀態(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、科學決定論、科學宿命論。 拉普拉斯獸基本統(tǒng)治了18、19世紀的科學界。 它令科學家們堅定地認為：只要知道宇宙在某個任意選擇的初始時刻的狀態(tài)，就能夠確定它在其他任何時刻的狀態(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。 你想弄清楚鐘表的構(gòu)造和運行規(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”，并且可以預知未來的一切。 對熱力學第一定律（能量守恒定律）做出貢獻的亥姆霍茲如是說：“自然科學的最終目的是，自然界是一切過程還原成作為這些過程基礎(chǔ)的運動，并探索它們的推動力，也就是說，把它們還原為力學。” 所以，拉普拉斯信條還被稱為機械論。 這種觀點得到了當時包括愛因斯坦在內(nèi)的許多科學家的支持。 愛因斯坦在給丹麥物理學家尼爾斯·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，這是當時科學界的普遍定義。 玻爾的回應是：“不要企圖教上帝該怎么做?！?/span> 如果你不明白復雜性科學，就不會明白玻爾的這句話有多么牛。 決定論認為，一切都是由“因果關(guān)系”聯(lián)系起來的。 世界中一切的運動都由確定的規(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，人類科學得到了巨大的發(fā)展。 但是，不到100年，熱力學和量子力學等新理論萬箭齊發(fā)射向拉普拉斯獸。 以物理學家開爾文以及量子力學的海森堡開始聯(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，拉普拉斯獸的最強天敵應該是洛倫茲的蝴蝶。 這只蝴蝶，輕輕在亞馬遜河流熱帶雨林中扇動翅膀，兩周以后在美國得克薩斯州引發(fā)一場龍卷風。 決定論的拉普拉斯獸也在其翅膀扇動后，土崩瓦解。 對于拉普拉斯信條不成立，霍金在《時間簡史》中給出了三個理由： 首先，牛頓力學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候比牛頓力學定律更好用。 其次，測不準原理決定我們無法確切地知道從原子到天體某一時刻的全部狀態(tài)。 最后，三體問題限制了我們推演和計算未來的能力。 信奉邏輯實證主義的哲學家波普爾較早在《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，從人類認識自然開始，神就是所有現(xiàn)象背后的一個終極解釋。 凡人們不懂者，都歸到神的范疇。 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。 有人還給這個法則起名為神操論。 運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？他既然可以當下造一個青年出來，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。” 從遠古到牛頓，從中世紀到文藝復興，再到巴洛克…… 人類對世界認識的進步過程，就是將原先由大神操縱來解釋的事件一點一點修正為用規(guī)律來解釋。 到了拉普拉斯，終于使得科學定律中不再含有神任意干預的意味。 但是，也正是從他開始，科學走過了頭，科學代替了上帝，成為了新的宗教、新的神。 三、物理學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。 它是量子力學中最著名、也最被誤解的概念之一。 當然，談起量子力學，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。 1.量子是什么？ 它的意思是，一個物理量如果存在最小的、不可分割的基本單位，這個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，我們上樓時只能一個臺階、一個臺階地向上邁。 樓梯的臺階只能使用整數(shù)計量，比如：第一層臺階、第二層臺階、第三層臺階…… 永遠不會出現(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.量子力學是什么？ 量子力學是一門研究微觀粒子運動規(guī)律的物理學理論。 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）。 量子力學中有個概念非常重要，它叫觀測，正是它催生了薛定諤的貓。 在那個以愛因斯坦為代表的科學盛世，科學家們很快就對比原子還小的粒子——亞原子有了新的認識。 但是，在實驗測量過程中，科學家們發(fā)現(xiàn)，電子這些粒子實體的行為非常奇怪。 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”。 什么意思？ 就是它們確實是按概率分布的，但是，在這些概率中具體是哪個概率卻是隨機的，無法形成一個有規(guī)律的結(jié)果。 科學家無法推斷出其運動軌跡。 所以，以1922年諾貝爾物理學獎獲得者、丹麥物理學家尼爾斯·玻爾為代表的一派科學家（被稱為哥本哈根學派）認為： 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%的幾率被導向向上，50%的幾率被導向向下。 科學家經(jīng)過無數(shù)次測量，把測量的情況都標注出來，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出現(xiàn)。 不過，具體在哪兒不知道，只有在測量的時候它才會給出一個結(jié)果，變成一個點。 玻爾解釋道：“它是一個粒子，同時出現(xiàn)在云中的所有位置，當我們要測量它的時候它會隨機選一個位置出現(xiàn)，告訴我們它在哪。” 這個解釋非常詭異，如果它是一個粒子，又為什么會同時出現(xiàn)在那么多位置？ 坤鵬論認為，玻爾的意思是，沒有觀測時，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，我們可以認為電子在你沒有觀測它時，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。 前者提出一個又一個的思想實驗，力求證明玻爾的"互補原理"的矛盾和錯誤。 而玻爾每次都巧妙地進行了反駁。 不過，這場長期的論戰(zhàn)從許多方面促進了玻爾觀點的完善，使其在以后對互補原理的研究中，不僅運用到物理學，而且運用到其他學科。 正像坤鵬論在《熵這只時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《量子力學的現(xiàn)狀》的論文，其中講了著名的薛定諤的貓，它是一個思想實驗。 什么是思想實驗？ 思想實驗指的是，使用想象力進行的實驗。 為什么要用想去實驗呢？ 因為，這類實驗都無法在現(xiàn)實中做到。 科學家和哲學家經(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：笛卡爾曾進行過的“我思故我在”以及證明神的存在，都算是思想實驗。 思想實驗需求的是想象力，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，伽利略的實驗大多數(shù)就是思想實驗。 歷史已經(jīng)證明，他并沒有從比薩斜塔上同時扔兩個鐵球來證明亞里士多德的錯誤。 在坤鵬論看來，不管是科學家，還是哲學家，思想試驗都應該算是專題的哲學思考。 薛定諤的貓大致意思如下： 一個盒子里有一只貓，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，盒子里必將發(fā)生兩個結(jié)果中的一個。 再重復一下前面玻爾給的定義，電子在你沒有觀測時，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，只有當你打開盒子，觀測它時，疊加態(tài)突然結(jié)束。 相當于，你一眼定其生死。 當你琢磨清楚這個思想實驗后，也就知道了，在量子力學中，存在一個中間態(tài)，貓既不死也不活，直到進行觀察看看發(fā)生了什么。 薛定諤的貓其實就是一個量子系統(tǒng)，它代表了量子物理學中最大的謎題之一：如何測量一個量子系統(tǒng)而不改變它？ 薛定諤講這個思想實驗的初衷是駁斥玻爾的解釋是多么荒謬。 但是，后來的科學家，接連成功地創(chuàng)造出真實版的薛定諤的貓。 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，它是個網(wǎng)絡(luò)流行語，指看似是在戀愛，但仔細琢磨卻又不像，一方總是若即若離，時好時壞，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東西都叫薛定諤的XX。 四、測不準原理 前面講了，沒有觀測時，電子是一片云，在你觀測的那一刻，電子是一粒電子。 1927年，德國著名物理學家沃納·海森堡提出了測不準原理，大名不確定性原理。 這個理論認為，你不可能同時知道一個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。 這個海森堡老厲害了，德國著名物理學家，量子力學的主要創(chuàng)始人，哥本哈根學派的代表人物，1932年諾貝爾物理學獎獲得者。 在美國學者麥克·哈特所著的《影響人類歷史進程的100名人排行榜》，海森堡名列第43位。 注意，這個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，測不準原理還涉及到了很多深刻的哲學問題。 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 |
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