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那些我能讀懂的霍金的理論(上)
先來解釋一下近期沒更新的我干啥去了哈:

我假期看了《黃帝內(nèi)經(jīng)》《金匱要略》之類的中醫(yī)典籍。看完的收獲,只是斷出我和我家那口子的病癥并確定養(yǎng)生療法。深深感覺中醫(yī)這玩意學(xué)再多的理論都沒用,需要師父指導(dǎo)和大量大量的實(shí)踐。

作為只讀了一個假期中醫(yī)理論的人,實(shí)在是不好意思在這里大放厥詞,畢竟,這是人命關(guān)天的大事。

從開學(xué)到現(xiàn)在,我零零碎碎地啃著霍金《時間簡史》,作為一個高中物理最低19分的物理學(xué)渣,這本書著實(shí)讓我掉了好多頭發(fā),有的時候一天只能看進(jìn)去三四頁。但是,我就喜歡挑戰(zhàn)不可能,昨天終于看完啦。

下面是我把在這本書里看懂的且覺得你們也能看懂的,并且也是有意思的部分傳播給你們。


神學(xué)被科學(xué)一層層驅(qū)趕




在遙遠(yuǎn)的古代,我們祖先大多認(rèn)為天圓地方。當(dāng)我們只能看到淺層的自然界知識時,宗教宣稱上面是天堂(仙界),下面是地獄(地府),地表是人間。

所以,當(dāng)哥倫布第一次看到世界第一大流水量的亞馬遜河入??跁r,被那龐大的水流震撼了,那不是陸地上能見到的景象,所以他以為自己到達(dá)了地獄的入口,不敢登陸,哥倫布的探險(xiǎn)就此結(jié)束,最終沒有發(fā)現(xiàn)美洲大陸。

后來,在先賢的努力下,人們認(rèn)識到了地球是圓的。托勒密提出完整的地心說,甚至還畫出了基本的宇宙模型,但是在“地球系”以外是沒有空間或者未知的。

在大量的證據(jù)面前,教會也承認(rèn)了地圓說,但堅(jiān)持認(rèn)為“地球系”以外的空間是未知且不可知,其不可知的原因是因?yàn)槟鞘巧系鄣念I(lǐng)域,那里存在著天堂和地獄。

直到現(xiàn)在有了宇宙大爆炸理論后,科學(xué)家們認(rèn)為我們對宇宙的認(rèn)知的科學(xué)規(guī)律都是依據(jù)大爆炸以后產(chǎn)生的,對于大爆炸之前的事,我們?nèi)狈σ罁?jù)和想象的空間,時間不存在,萬物不存在,所有的已知的科學(xué)規(guī)律都不適用,所以我們不能探討。

宗教于是跳出來說,對的,因?yàn)槟鞘巧系蹖?dǎo)致的大爆炸,并制造了大爆炸以后的一切科學(xué)規(guī)律,大爆炸之前是上帝的領(lǐng)域,人類就是不應(yīng)該涉足。如今很多科學(xué)家在這樣的科學(xué)極限面前都相信這套神學(xué)理論,這也是為什么很多科學(xué)家研究到最后都會投入神學(xué)懷抱,像是那位大名鼎鼎的牛頓。

什么是科學(xué)理論?

科學(xué)理論自身鼓勵被擴(kuò)展,被否定,這是科學(xué)理論越來越強(qiáng)大的原因。而宗教講權(quán)威性,一上來就規(guī)定自己涵蓋萬物,不可以更改和質(zhì)疑,權(quán)威是宗教信仰的基石。

科學(xué)理論是宇宙的模型及其規(guī)則,只存在于人腦中。

好的科學(xué)理論必須能夠準(zhǔn)確地描述大量的觀測,還能對未來觀測做出預(yù)言。但是,任何理論都是臨時性的,因?yàn)闊o法預(yù)測下一次實(shí)驗(yàn)是否會顛覆它,所以好的科學(xué)理論的特征應(yīng)該是能給出許多在原則上可以被觀測否定的預(yù)言(允許被推翻是科學(xué)和宗教的最大區(qū)別)。

而如今新的科學(xué)理論大多數(shù)是對舊科學(xué)理論的擴(kuò)展,也就是說,現(xiàn)在很多的實(shí)踐能被新理論預(yù)測而非舊理論,但也沒有否定舊理論,所以這不是推翻而是擴(kuò)展,例如愛因斯坦的相對論與牛頓力學(xué)的關(guān)系。

物理學(xué)為什么難以理解?

因?yàn)槲覀儧]有發(fā)現(xiàn)統(tǒng)一的終極理論,我們現(xiàn)有的理論永遠(yuǎn)也驗(yàn)證不了是否是永恒的真理,我們一直在擴(kuò)展中,來不及停下整理。

在牛頓時代,我們曾經(jīng)覺得我們對宇宙的研究夠透徹了,我們掌握了終極真理。所以,如果一個人受到教育,他就可以通過終極真理去感知全部知識,知識能夠提煉、整理和傳播。

但是,進(jìn)入二十世紀(jì)后,從普朗克量子論和愛因斯坦的相對論后,物理界仿佛推開了新的大門,從原來一間小屋子走向了一間巨大無比的大廳,到處都是未知。

知識的認(rèn)知和普及追不上新知識的出現(xiàn),因?yàn)槔碚摽偸潜桓淖円越忉屝鲁霈F(xiàn)的觀察結(jié)果,它們一直來不及被消化和簡化到能使常人能夠理解的面貌。

一個專家,只能揪住某一個方向,緊緊追隨這部分知識的腳步,努力適應(yīng)變化并助其變化。它作為拼圖的一小塊,解釋它的地位和在全局的作用本來就很難,更可怕的是它還在一直變化!

知識一直在變,一直走向更深,不到最后一步追至最終真理絕不罷休,這樣的物理,連物理學(xué)家自己都沒有完整、靜止的概念,就更不可能為大眾所理解。

宇宙的開端是科學(xué)還是上帝?

其實(shí)科學(xué)和宗教的本質(zhì)都一樣,都是為了追究終極真理,只不過神學(xué)要直接給出終極真理然后去爭取人們的追隨,而科學(xué)是要一步步地去實(shí)踐并找到終極真理。

為了追求這個終極真理,科學(xué)界現(xiàn)在分為兩派:研究宇宙的部分變化規(guī)律;研究宇宙的初始狀態(tài)。

第一個派別,是我們?nèi)粘=佑|的,就是物理學(xué)分特別多的領(lǐng)域,每個領(lǐng)域都在往精尖方向走,然后最終所有的分支科學(xué)匯合成一個統(tǒng)一的理論去解釋宇宙,也就是終極真理。

我們?nèi)绾未_定我們的方向是對的呢?為什么我們可以肯定我們的理論科學(xué)會越來越接近正確?

這個可以用進(jìn)化論來看,正確的東西總會驅(qū)使我們走得更高。物理學(xué)帶來的成就讓我們在科學(xué)理論和實(shí)踐走到了今天這個古人包括近代科學(xué)家都想象不到的高度,且因?yàn)槠平膺@一小塊一小塊的迷題帶來的世俗利益更是驚人,像核能,集成電路等。

第二個問題被認(rèn)為是宗教問題,一切歸于神。然而,如果神真的是初創(chuàng)者,那么祂必然亦可以隨意控制宇宙的變化,不需要遵循規(guī)矩。

可是,爆炸后的宇宙是由極強(qiáng)的科學(xué)規(guī)律在控制,而不是意志。所以,宇宙初始極有可能不是上帝隨意創(chuàng)造,而是有某些更高級的科學(xué)規(guī)律使然。所以,我們可以大膽推測,宇宙的開端是科學(xué)范疇。

但是,也更大膽一點(diǎn)想,我們拼命琢磨的規(guī)律沒準(zhǔn)是更高維隨機(jī)的事件呢?

霍金有個例子很有趣:農(nóng)場主每天下午一點(diǎn)給雞投食,雞群里的一些聰明雞經(jīng)過長時間的觀察確定下午一點(diǎn)是投食時間,是個歡呼的時刻,但突然有一天,農(nóng)場主下午一點(diǎn)來把雞們抓出去賣了。

我們無法預(yù)測任何事,真相因我們的注視而改變

這要從粒子說起。粒子是指能夠以自由狀態(tài)存在的最小物質(zhì)組成部分,包括電子、原子核、介子、夸克、輕子、強(qiáng)子族等粒子。

如果想研究某一個粒子,就要先測量這個粒子的速度和位置。

按照現(xiàn)在的研究方法,這需要光照在這個粒子上。一部分光波會被粒子散射開來,由此可得粒子的位置。

但是,光是一波一波的,所以不可能將粒子的位置確定到兩個波峰之間距離最小的程度,要想求到最精確的粒子位置,必須要最短波的光。即使如此,仍然不會是最準(zhǔn)確的位置,只能是更準(zhǔn)確而已,因?yàn)楣獠ㄖg總是有一段間隙的,這個間隙就會有模糊性。

然而,最短光波的能量又是很強(qiáng)的,打到粒子上,粒子的位置會被撞動,影響速度,所以在短光波下位置越確定,速度就越不確定。如果想求得速度,就要用最長光波,但這樣位置就不確定了

這具有哲學(xué)含義。也就是說,最小的粒子我們都無法確定,在此之上的科學(xué)也是不精確的,那么現(xiàn)實(shí)也是無法確定的,未來更是無法推測的。

由此得到一個哲學(xué)推論:我們無法準(zhǔn)確預(yù)測任何一件事,我們的預(yù)測導(dǎo)致它的不確定性,也就是說,人類的干涉導(dǎo)致真相距離我們更遠(yuǎn)。

所以為了更好地展開研究,科學(xué)家不再執(zhí)著于粒子速度和位置的確定性,將兩者結(jié)合為量子態(tài)。量子力學(xué)并不對一次觀測預(yù)言一個單獨(dú)的確定結(jié)果。代之,它預(yù)言一組不同的可能發(fā)生的結(jié)果,并告訴我們每個結(jié)果出現(xiàn)的概率。這就為科學(xué)引進(jìn)了不可避免的非預(yù)見性或偶然性。雖然愛因斯坦為這個理論努力,但他不認(rèn)同,所以說上帝從不擲色子。但也正是由于這個假設(shè)物理學(xué)取得更多的成果,集成線路晶體管什么的正是因此而發(fā)展,也成為了現(xiàn)代科學(xué)的基礎(chǔ)。

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