《量子大嘮嗑》

　　書名：《量子大嘮嗑》

　　作者：馬兆遠

　　出版社：中信出版集團

　　出版時間：2016年10月

　　定價：48.00

　　書號：978-7-5086-6503-0

　　體驗的新科學

　　牛頓的工作經其後的理論和實驗科學的發展，形成了如今我們稱為經典物理學的宏偉建築。一位19 世紀末的科學家，若是相信物理學建立在不可撼動的基礎上，將永遠屹立不倒，那是可以原諒的。經過一代代的科學家、數學家和哲學家的努力，牛頓的宏大設計在19 世紀末達到了頂峰。看上去經典物理學幾乎能夠解釋物理世界的一切方面：運動物體的動力學中力和運動的相互聯繫、熱力學、光學、電學磁學，以及引力。它的內涵是廣大的：從地球上日常經驗的事物，直到可見宇宙的最遠處。理論與實驗觀測十分吻合，理論對實驗的解釋又如此的無可置疑。所有人都認為，即使還存在一些遺留的問題，但與經典物理的基本成就相比，這些問題似乎是微不足道的——百里之行已經走了九十九里半了。

　　然而在1900 年之後，微不足道的問題竟然將物理學世界顛倒了過來。而將經典物理學推廣到原子的層面時，我們看到那兩百年建立起來的信仰被完全顛覆。量子力學的出現不但證明經典物理大廈可以被撼動，簡直可以説是建立在完全值得懷疑的基礎上。牛頓物理學是機械的、決定論的、客觀的，其含義似乎沒有可以懷疑的餘地。但與此相比，量子物理學的特點是交互的、非決定論的和不確定性的。即使在其被發現後一百年，對物理學家而言其含義仍遠不清晰。事到如今，我們應當樂於放棄經典物理為我們建立起來的確定性而接受量子物理帶給我們的深刻的困惑。這似乎難以置信，但是要知道儘管簡單、直觀清晰並且與我們的日常經驗相吻合，經典物理在面對量子物理的詰難時卻真的失敗了。然而，量子描述畢竟是建立在以前經典物理構建的廢墟之中。因此，從經典的風景中開始我們關於科學的旅行是適當的。到這裡，我們需要講一下人的認知歷史，看看由田園到廢墟是怎樣的歷程。

　　在牛頓之前，數學本身已經逐漸形成了一套理性的邏輯語言體系，根據我們之後會講到的哥德爾不完備定理，這樣的體系是無法自己證明自己是正確的和完善的。不同的假設可以把我們導向完全不同的理論體系。注意我開始很小心地使用“理論體系”和“知識體系”這樣的詞彙，因為“知識體系”是在自然世界的體驗中驗證過的“理論體系”。比如對平行線公理的認可與否，有歐幾裏德幾何，也會衍生出黎曼幾何。人類的哲學思考也類似，一套邏輯體系本身，無論有怎樣的修飾詞彙，怎樣的繁複，一定會在體系內部找到既不能證實也不能證偽的問題。因此，這些問題往往成為對手找到的“阿喀琉斯的腳後跟”。事實上，這裡我必須插播一點以生命為代價的爭論。

　　玻爾茲曼（Ludwig E. Boltzmann ）與奧斯特瓦爾德（Friedrich W. Ostwald ）之間發生的“原子論”和“唯能論”的爭論，在科學史上非常著名。按照普朗克（Max Planck ）的話來説，“這兩個死對頭都同樣機智，應答如流；彼此都很有才氣”。當時，雙方各有自己的支援者。奧斯特瓦爾德的支援者是以不承認有原子存在的恩斯特-馬赫（Ernst Mach ）為代表的當時的主流科學家。而作為少數派，玻爾茲曼常年沉浸在與這些不同見解的鬥爭中，一定程度上損害了他的生理和心理健康。儘管玻爾茲曼的“原子論”與奧斯特瓦爾德的“唯能論”之間的論戰，玻爾茲曼最終取勝，甚至普朗克承認他對黑体輻射的解釋借鑒了玻爾茲曼的原子論，但玻爾茲曼似乎一直是少數派。他的痛苦與日俱增，又沒有別的辦法解脫，終於在1906 年，他讓自己那顆久已疲倦的天才心靈安息下來。對於他的死，普朗克感慨説：“一個新的科學真理不能通過説服對手，讓對手心悅誠服而建立。只能等到對手們漸漸死去，新的一代開始熟悉真理時才能貫徹。”對普朗克來説，學術爭論沒有多少誘惑力，因為他認為爭論不能産生任何新東西，沒有實驗檢驗的辯論是沒有實際意義的。“達摩東來，只求一不受人惑的人”，人是可以接受新知識的，但如果已經有了固執的己見，通過思辨來改變他是沒有意義的，接著走就是，找到願意接受的人，或等到人們願意接受就好。

　　20 世紀30 年代，人們才認識到普朗克所指的學術爭論在邏輯上有多麼的可笑：任何一個邏輯體系自身不能做到完備或自洽，而物理學恰恰是從自然界找來新證據，終結這些因不完備或不自洽而引起的爭論問題的唯一通道。或者説，邏輯和數學的工具性從這個時候開始明確，物理學成為人類思維過渡到自然的第一步。它的一側是人類的理性思維，另一側是檢驗這些思維是否正確的自然世界。因此牛頓的工作給了物理這門科學深刻得多的含義。由此人類確立了實證的方法來檢驗理論是否正確，自然界提供了一個無限大新的假設的庫，源源不斷地引入哥德爾定理所要求的補充已有理論的“假設”根據。這一點，我們在接下來的內容裏還會多次討論。