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-----精选段落-----
科学哲学:对未知的新征服
但是,一个与爱因斯坦齐名,并能够与之辩论长达三十几年,却仍然没有分出胜负的波尔,大学时却没怎么体现出一个学者的固有“气质”。
一天早上,著名物理学家卢瑟福接到了一个同事的电话。那个同事告诉他,他准备给一个学生的试卷判零分,但那个学生坚持自己应该获得满分。于是两人发生了争吵,最终双方决定由卢瑟福做裁判,来评判这件事情。
卢瑟福答应了那个教师的请求,让他们师生两个都到了自己的办公室——那个学生就是波尔。卢瑟福亲自问明了具体情况后才得知,那个试卷就一个题:如何用气压计测定一栋大厦的高度。波尔给出的答案是:拿着气压计与一捆绳子到大楼楼顶,用绳子把气压计拴住,然后吊到地面,再把绳子提上来,测量绳子长度,得出的数值就是大楼高度。
就这个试卷问题和学生答案,卢瑟福评价说,这个答案是正确的,但是没有体现出老师要求的物理知识能力,所以学生必需重新回答一次,并充分体现出自己的物理学能力。
就在卢瑟福给波尔的解释时间快要结束时,波尔都没有说一句话。于是卢瑟福问波尔是否需要放弃,波尔说:我有好几种答案,但是不知道写哪个好。波尔之后就举了其中的一个作答:把气压计拿到楼顶,然后松手,用秒表记录下气压计落地的时间,再运用自由落体公式根据落地时间就可以计算出落地高度。
波尔给出的答案完全符合了卢瑟福的要求,于是卢瑟福决定给波尔满分。就在波尔准备与他的老师一起离开时,卢瑟福问波尔:“你不是说有几种方法吗?别的测量方法都是什么?”波尔说:“在晴天的日子,可以把气压计拿到户外,测量出气压计的高度,得到气压计的阴影长度;再测量下大楼阴影的长度,然后用数学公式就能简单地计算出来。当然,如果大楼有外露的楼梯,就更简单了,拿着气压计从上到下一点一点地分段把整层楼量出来。当然,还可以用绳子把气压计从楼顶吊到楼的底部,然后用物理学里测量钟摆长度的方法,通过测量摆动周期得出来。”
看到波尔对物理学这么地精通,能够找到如此多的让自己老师满意的答案,卢瑟福就问波尔为什么选择了最不让人满意的一个写在试卷上。波尔说:“从小到大,老师都在试图教他怎样思考,这让他感觉厌烦。”而后来,波尔更是成了卢瑟福的杰出弟子,并且培养出了海森堡以及费米。波尔的量子力学理论就是得益于他在测量大楼高度时所表现出的逻辑特色。
波尔与爱因斯坦的论战第一阶段,量子力学已经逐渐形成,但是还没有形成现在的哥本哈根解释。当时,能量的不连续性与因果性的矛盾问题,要求人们在必须在经典物理几条固定的信条中做出取舍。当时虽然是爱因斯坦提出的光的波粒二象性,但是爱因斯坦并不准备放弃与之对立的连续性以及严格的因果性。与爱因斯坦不同,波尔当时就如同他学生时期“反感老师教他怎样思考”一样,他也反感传统理论对他的思维束缚。于是波尔提出,在实际观察操作中,可观的扰动并不能任意小,这也就使得我们只能谈论“单元事件体”——例如电子的一次跃迁,比这个“单元事件体”更精确的描述就超出了我们的认识能力。而波尔的这个逻辑思路与传统物理逻辑完全背离,因为他已经放弃了传统实验物理中的连续性以及因果性。
是修正自己的逻辑,还是修正自己观测到的实验现象?在这个争端中,波尔选择了从根本上修正自己的逻辑。在波尔访问中国期间,中国的“雷达之父”著名理论物理学家束星北曾经专门询问过这场辩论。波尔当时就毫不遮掩地对当时在场的中国学者说,那场争论他是对的,而爱因斯坦的想法是错的。
对于波尔与爱因斯坦的争论,后来人引用了几句著名的话作为他们两方的口号,其中爱因斯坦的口号就是广为人知的:“上帝是不掷骰子的。”而波尔的口号则是:“上帝不用你指挥。”这就是波尔独特的认知逻辑,“老师都在试图教他怎样思考,这让他感觉厌烦”,同样传统的思考方式也限制了波尔对于量子力学问题的思考,更让他感觉“厌烦”。
正如同波尔在量子力学中所坚持的“可观的扰动并不能任意小”,使得我们只能谈论“单元事件体”一样,在现实的实验中,量子力学属于微观理论以及微观想象,而我们观察到的以及相应的观测控制手段都属于宏观范畴,对微观量子运动方式进行观测时,所采用的宏观手段对于微观观测事实已经产生扰动。把这个问题用现实例子来说明就是,当我们在观测一个物体时,传统的物理学以及相关理论都认为,我们用眼睛看到的就是“现实存在”的,并且这种情形同样适用于微观世界;而波尔却说,对于量子力学考虑的微观世界,我们“看到”的并不是“真实事实”,因为我们“看”的措施就已经对微观世界产生了影响。
就如同现实中我们蒙上眼睛然后通过用手触摸从而感知漂浮的气球的位置一样,即便我们的动作再轻微,当我们触摸到气球时,气球都会受到触摸动作的影响,从而不在原来的位置上,也就是说我们通过触摸确定的气球位置,已经不是我们触摸之前的真实位置。波尔所坚持的观测方法对于微观世界扰动的不可忽略问题,就与这个“触摸气球从而确定位置”相似,并且这种“触摸影响”在微观世界对结果的干扰更加明显。
波尔这种对于“微观扰动”的认识,预言了量子力学中“纠缠态”的存在,而且这也是现代物理学家对于量子力学中的“测不准”问题的“正统”解释。在波尔这种扰动理论的前提下,海森堡以“只讨论可以被经验确实感知的实体”为原则,开始改造量子力学,从而形成了矩阵力学这个现代量子力学中的一大解释派别。
摆脱传统逻辑的束缚,重新认识观察到的世界。这就是波尔给我们的建议。
3.波普尔:证伪的科学
十七世纪以前,欧洲人或者说西方的人们广泛地认为,天鹅都是白色。随着当时世界航线的开拓,人们在澳大利亚发现了黑天鹅,于是这个存在于西方文化潜意识中的“谬误”才被纠正。基于此,波普尔曾经说:“不管我们已经观察到多少只白天鹅,都不能确立‘所有天鹅皆为白色’的理论。只要看见一只黑天鹅就可以驳倒它。”这也是他整个思想的核心。
波普尔是当代西方最具影响力的哲学家之一,他的哲学的主要观点就是科学上的证伪观点。而证伪主义的基本观点就是把波普尔对于白天鹅的论述系统化、理论化为“科学理论不能借助有限的、个别的经验来证明它的正确,个别的有限经验只能证明原理论的错误。”这也就是波普尔在谈到白天鹅时说的,一个个白天鹅的观察,并无法证明“所有天鹅皆为白色”的正确性,而一个黑天鹅的发现,却能证明“所有天鹅皆为白色”的错误。