量子物理学

作者: Andylee | 来源:发表于2014-12-23 16:40 被阅读434次

    在霍金的《时间简史》之后,这本《上帝在掷骰子吗---量子物理史话》成为颠覆我的力量。就像这位著者所言:他写作的重点不在于量子物理的理论解释,而在于梳理现代物理学发展的叙述。很不幸,在这样的叙述中,我苦心经营的世界坍缩了。

    在现代科学发展的三百年间,我们提出的问题远远超出了我们所认识的。在这本史话中,最初引出量子物理进入视野的问题只有一个:什么是光?而在未完待续的追问中,量子物理或是现代物理所要追寻的是:什么是力?在经典物理学中,已经有完美描述和概念的结果再一次成为疑问的开始。

    就如同书名一样:上帝在掷骰子吗?假定这个行为发生。而这个行为所导致的结果似乎是无穷尽的,同时这个行为本身是否需要一个合理的解释,在者这个行为是否需要一个观测者才能成立。或许物理学穷究的就是这些原因和解释。

    有幸的是,这本书就像我们已知的世界一样,它告诉了我们不止一个解释,而非答案。在这些物理实证和数学演绎中,还需要附加巨大的想象力才能深入无法用肉眼探测却又实际存在的世界,这个世界可以是四维的,也可以是多维的,甚至具备平行宇宙也有可能,我们就如同薛定谔的猫一样,又死又活。

    这本史话的妙处还在于作者所使用的语言,在物理的世界里还是需要简洁与确定,即便是一个超乎认识的道理,也需要用平常的语言展示出来。

    量子物理学颠覆了我的世界,容我好好想想----我的所见所闻并非我所见所闻,连同我一样,都不一定与上一秒的我雷同。

    物理的方向是证伪,数学的方向是证明,而贯穿其中的是逻辑。学科的细分最终指向的是哲学,宗教的范畴在哲学之下。在量子物理史话中,指明了作为观测者的身份和尴尬,以上学科不过是我们用来认知的工具和方法,这些工具和方法具备先天的立场和缺陷。

    这些内容让我再一次想起镌刻在雅典神庙上的那句话:认识你自己。它呈现在我们面前的路程又两千年之遥,我们确定的知道的就是这种疑问困惑并未随着时间与历史的累加而多出一种答案,答案在时间的尽头。

    每一个知道答案的人都已离开,想知道答案的人挥汗如雨奔波在野。

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      网友评论

      • 10938c608432:《天才在做,疯子在右》也不错
      • 5ba3287e0947:很喜欢。
        Andylee:@纳什均衡AIS 谢谢!也就是通过这本简单的科普作品。我的世界观发生了某种程度的塌缩和重建。也希望这本书能进入你的视野。
      • 尺八_:忽然在评论里看到了自己的名字。。其实我不是比较文学专业(道行不够=_=),只是一个即将去读古典文学的本科生~
      • LostAbaddon:@Andylee 这个很正常,因为直到近代华裔才出现了符合现代科学工作者定义的人。。。
      • Andylee:@LostAbaddon 顺便多一句,我下一本要阅读是《确定性的终结》这本书。在阅读这样的著述时,我不得不时时想起东方,在这本物理学史话中,只有到了近代才出现华裔贡献者的名字。
      • LostAbaddon:@Andylee 物理学本就不处理意识问题,而将观测和意识混为一谈其实是科普导致的老百姓的普遍误读,哎。。。

        我的确是理论物理滴干活。。。
      • Andylee:@LostAbaddon 非常好的评论,经典物理学和量子物理学在某些领域是有交集的。从宏观世界到微观世界,采用的不同的解释方式。但深入到本源地带,经典物理的缺陷和不足就逐一出现了。正如同在这本书中探讨“意识”的问题时,两种物理学都面对尴尬。

        你的评论很有论据,据我在tiwtter上的记忆,你应该是理科出身,而@尺八好象是比较文学专业的。
      • LostAbaddon:@小粽 顺便一说,关于F=MA怎么来的,我也写过一篇相关的科普。。。
      • LostAbaddon:@小粽 其实,即便是在经典力学范畴,“力”也未必是本体性的,虽然这点在量子里面更明显(比如著名的AB效应和AC效应就完全没有力什么事)。
        从分析力学的角度来看,力是导出量,不是根本性的,不是基础概念,拉氏量和哈密顿量才是基础概念。这个思路一直被延续到了量子理论中。
        从这个角度来说,在经典力学中“力”也早就不见了。

        顺便一提,拉氏量和哈密顿量也有一顿避而不谈知其然不知其所以然的问题,这些有一些在某些流派的量子理论诠释中可以给出解答,但有些依然无解。

        其实,到了这个层次基本就是形而上的问题,已经无法通过自然科学的“实证”手段来明辨是非了,所以可以说已经是“不分对错”只看“站队”的问题了。
      • 小粽:@LostAbaddon 不错。关于“力”的概念,我想提几句。

        在看到法兰克.维扎德的牛逼文章(《公式F=ma中的力从哪来?》Frank Wilczek, 黄娆 译, 曹则贤 校
        http://www.wuli.ac.cn/CN/abstract/abstract30567.shtml)之前,我亦没有意识到关于这个在经典力学里面处于基础地位的概念所存在的争论。在应用层面上看,这个概念完全没有任何问题。只是在更广阔的背景下,如量子物理,进行对比才发现“力”不见了,追问下去才觉得有问题。当然也有人形式上想用力这个术语,随即被人质疑。

        这篇科普文章从历史发展,文化心理的角度阐述了这个“存疑”概念广为流传的原因。令我耳目一新。
      • LostAbaddon:@现代福尔摩斯 但这不是我写过最长的评论。。。
        我写过最长的评论超过了评论框的字数限制。。。
      • 汉明昭: @LostAbaddon 我见过的最长的评论。。。o( =•ω•= )m
      • LostAbaddon:@Andylee
        你这里说得有点乱。

        比如说,量子概念最初的引入是为了解释原子物理和光等现象中的问题,说是“释放能量传递”这个倒也不是不可以。但同样是早期的量子理论的起源实验之一的电子与中子散射,其实酒喝“释放能量传递”无关。
        准确地说来,早期量子理论的起源有很多,但核心思想都是为了解释微观世界中和经典物理所描述的不同的现象,只不过当时大家并不知道从不同起源出发的物理最后汇聚到了同一个地方——量子物理。
        而,离开早期发展后,从现代的眼光来看,量子物理的出现是经典物理在高能与微观这两个领域都不再适用的必然——不单单是“从宏观到微观的进程”,从低能到高能也会有类似的问题。
        至于说“寻找奇点”,这个不知道是在说什么。。。
        如果说的是时空奇点的话,那其实已经不能简单地说是量子理论的问题了,相对论作为经典理论也会不断地遇到奇点的问题,当然,它自己是解决不了的。

        事实上,量子和经典的差异,到不在于研究什么,同样的问题,经典物理可以研究,量子物理也可以研究(翻过来基本也是,只不过研究归研究,有没有用是另一个问题),而在于用什么眼光来看待问题。
        经典物理和量子物理在这点上的最大区别(当然,这个根据流派不同,具体的差异也不同),可以认为是对基本物理量是什么,以及如何发挥作用的理解不同。
        无论是哥本哈根流派还是退相干流派,量子过程都可以看作是在确定的经典物理的过程上增加量子扰动(这两个流派的主要区别可以被技巧性地描述语对这个扰动如何被固定下来的过程的理解有差别,但就数学结果来说倒是一样的)。
        所以,如果说经典物理的视角是说一个物理过程是确定的从A到B,那么量子物理的视角就是说这个物理过程并不唯一地从A走最短路径(物理上的路径,也就是前面所提到的相空间的路径)到B,而是会走一连串的路径,最后对所有的结果做一个统计求和。
        再简单一点说,经典物理的视角是唯一的,量子物理的视角是模糊的不固定的。
        如果要说本质差异的话,除去所有的技术细节,剩下的就是这个——甚至于,物理学家们已经发现如果将经典物理的相空间从普通的几何换成量子几何,从普通的群换成量子群(一种和普通群论不一样的新的数学对象,也叫辫子群),那么别的不变,我们就从经典物理得到了量子物理。
        所以,这里最大的是看问题的视角不同,到不是说研究的问题有什么本质上的差异。


        至于说佛教的这些乱七八糟的,你基本可以无视。。。

        量子理论的一个颇为尴尬的地方,就是最早的最成功的诠释流派是哥本哈根流派,他们的特点就是将“意识”引入到了物理过程中,其经典表述就是“观测者的观测会导致被观测结果的改变(量子塌缩)”。
        这个流派是历史上的一个阶段性流派,但并不是量子物理的全貌,事实上,现在也普遍认为不是正确的理解,因为引入了“观测”这个很容易和“意识”扯上关系的不够精确和准确的术语(事实上,就算不说“意识”,这个流派对什么是“观测”也无法给出很好的回答)。
        但,普通人似乎对这个历史性的阶段性的东西很感兴趣,于是以量子之名行迷信之事的很多,比如带鱼写到的“中医是量子医学”就把我看吐了。。。
        所以这些很扯乎的东西基本都和物理半毛钱关系没有,不用看。
      • Andylee:@LostAbaddon 我个人的看法是,量子物理的概念最初是解释能量传递的问题,但是却引入了不同的观点。从经典物理学到量子物理学,无非是从宏观到微观的进程,这个过程我们可以理解为寻找“奇点”的路径。因为那个奇点是空间和时间的源头。

        在我G+发布这篇文章时,有几位建议很有意思,有人建议从佛经中静默,有人建议皈依上帝,遵循上帝之手的启示,有人建议在易经和河洛之书中找到对应的说明。我的回复是:对于耶 释 道,我保留极大的敬意。但是有一个基本的事实是,在我阅读这本科学综述的时候,耶稣、佛陀和老子已经距离有几千年之久,我相信这些内容对于他们来讲是闻所未闻之事,假定有这样的人的话!

        所以在量子物理中还有一个疑问是针对时间的,时间是我们的幻觉,但是唯独这个维度只有一个方向,只能前进,不会后退。我建议这些热心人,不要纠缠于几千年的知识来解释现在的我们。我相信我的阅读量会远超老子的阅读量。老子承接的是人类一千年左右的历史,而我需要承接人类将近三千年的历史。这其中是有差别的。

        这个算是时间的玫瑰吗?
      • LostAbaddon:其实经典物理学中对什么是力这个问题的态度更多的是避而不谈,有点知之为知之的味道。
        事实上,经典物理中的力是一个预设的概念,并不给更多的解释。有些流派(也算是主流)会从拉氏量或者哈密顿量来推出力是什么,但这样的做法却在同时无法回答什么是拉氏量什么是哈密顿量,于是结果我们只不过是用一个未知替代了另一个未知。
        这样的做法还可以玩得非常花哨非常具有技术含量,比如告诉你经典物理中的运动可以用相空间中的轨迹来描述,接着告诉你这个轨迹可以用相空间中的流来描述,经过一堆数学运算后,你会发现,嘿,这个看上去很平常的空间真的可以对应到经典物理中的真实运动哎。
        但这个做法其实是利用大量很酷(同时也很实用)的数学技巧和数学语言将平常的“哈密顿量可以描述物体运动”给复述了一遍而已,并没有提供更多的内容,增加的不过是数学细节和数学结构而已。

        所以,我从来不认为经典物理把问题解释清楚了。很多问题不过就是大家心照不宣地避而不谈罢了。
        结果在量子物理中因为基础概念的不易确定,使得人们不得不好好思考这些已经接近形而上的问题,这才让问题暴露了出来。

      本文标题:量子物理学

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