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理论:为道日损,为学日增(一)

已有 4276 次阅读 2016-6-7 14:29 |系统分类:科普集锦|关键词:学者

这个文章是前面两个系列文章的一个“间奏”。我愿意把科学技术看成一个城市,里面有各种各样的建筑和道路,每条道路每个建筑都是用同样的材料同样的技巧建造,只不过不同的建筑各有各的风格,每个建筑代表着一个技术或者手艺,而科学就是下面的连接道路,道路在里面可以随意连接,甚至有些时候是地铁(然而没有巴铁,那么丑陋愚蠢的东西不属于交通),还有时候是空中吊桥。但在城门那里,就只有少数几条足够宽的路可以连接过去。所谓原创,不过是在大路边上刨几个坑戳几个石头墩子而已。有谁会在意一条路两边的坑究竟是三角形还是四边形?又或多放几个石头墩子阻塞交通真的那么惬意?原创与创新,不过如此。

现在我们要集中到城门口那里,那里只有一条路可以通过,那叫做基础科学,实际上很多城内的人进了城以后大概永远也不会回到城门处,或是根本就是在城内出生的,他们不知道有城门这种东西,更不在意到城门要不要路。其中少数自诩为知识分子或者中二病患者的人,他们在强调“你看这建筑之间的布局是多么玄妙,多么高明,这叫做人文理解,叫做哲学”。但他们不知道或者不愿知道,其实建筑之间的布局根本没有什么逻辑,只不过当初的路这么铺出来的,除非你拆掉路面,否则根本没什么布局思路可以考虑。甚至他们整天挂在嘴边上的“我是建筑家设计家”,也是不知道路的历史决定了建筑位置,并且建筑其实早晚要塌掉的。

好吧,这些说起来很中二,让我们回到问题。问题是什么?物理学的问题是什么?为什么我总是对那些追求“深刻”和“创新”的人抱着一种恶作剧(常常是灾难性的恶作剧)的态度呢?

先来复习一下量子力学。说量子力学是因为它是差不多最容易理解的理论物理分支了。其他的分支多少都有点难。下面的段落叫复习,基本是我给学生上课的内容。什么是量子力学呢?我们得说什么叫理论。好吧,物理理论(大部分情况下)就是一组算数规则,对于某一类事物,可以从以前的操作来预测它以后的状态。那么好,你看我们已经引入了许多难以理解的概念,首先比如说“事物”,我无法准确说出这是什么意思,但我相信你更没法准确说出什么是“意思”,所以姑且认为这个词是有“意思”的。类似的词汇有“操作”,“以前”,“以后”还有“预测”,这里我就不去讨论这些词汇是什么玩意了。

接下来让我们相信,物理理论总是“算数”规则。我暂时不去讨论数学,因为我是数学盲(我算是研究理论物理的,这算是一种常态)。算数的意思是用一般我们称为“数”的东西去鼓捣,能鼓捣出一个“结果”。出不了结果或者出现“不可数个”结果的事情我们暂时排除出物理理论(我不是上帝,没有纯粹而又纯粹地定义物理理论的责任)。那么,你需要一个可以用“数”描述的东西来标识“状态”;还需要给出一个状态如何演化成另一个状态的演化定律;最后,要有个办法来观察“状态”。好吧,量子力学就是:(1)有某一类“事物”,它们在特定条件下的演化有规律可循(废话);(2)这类事物的“状态”用一个任意维的复数的抽象矢量(或者函数)描述;(3)给定一个状态后,我们可以去测量一些结果,这些结果只能得到按理说这些结果可能得到的值(废话);(4)如果这个事物在没有干扰的条件下演化了无限短的时间,那么状态的变化也是无限小并且没有不可理解的事件发生(比如本来物体只有一个,然后现在突然变成了两个并且没有来源)。

“说好的波粒二象性呢?概率问题呢?测不准原理呢?”好吧,这些都是次一位的问题。比如说有了4,我们会要求演化是可微的并且是几率守恒的,于是演化一定可以写成某个厄米算符的指数函数,而对应的这个算符我们称为能量算符或者叫哈密顿算符,进一步的你可以要求这个东西是守恒的,它不守恒就意味着演化出现几率不守恒什么的。但是你看我们并没有说哈密顿是什么!为什么不说呢?因为我们根本不知道哈密顿应该是什么!我们只能是随便搞一个猜测形式然后去算出来,算个结果看看和你测量的结果一样不一样,一样说明可能是对的,不一样看看怎么改一下(千万不要相信证伪主义的扯淡,你发现计算结果不符合事实,通常你只是去改一下哈密顿而已)。至于说这个东西到底对应着什么样的概念?以Hell的名义起誓,你觉得你有办法证明某个概念是对的还是错的吗?事实上你只能是给出一组看上去比较容易使用的概念描述。比如说波粒二象性,费曼就有很简单的吐槽,他说一个光照到光栅上会产生衍射峰,一个粒子打在嘉尔顿板上会形成漫反射,然后电子穿过双缝会衍射打在碎片上会漫射,依赖于具体条件表示出波的行为或者粒子行为,所以叫波粒二象性;可是中子打在顺磁性固体上会一部分形成漫反射一部分形成衍射,这是说中子在发神经一会变成波一会变成粒子吗?我没有这么无聊,我简单的说这些概念都仅仅是一些方便的描述,是用来让你选择计算公式时候的趣向或者说偏见而已。

所以你看,其实有意义的并不是概念,而是你怎么把结果算出来。我个人是物理学信仰者,我相信原则上说你如果有个可行的算法能解整个宇宙的演化方程,大概就能算出今天有多少人发疯,不存在什么“发疯是心理问题和物理无关”这种事情。但是同样我也相信这种算法不存在,不可能有什么算数方法能把这玩意解出来。而对于这种从信仰上就不可解的问题,可能你就需要一些概念或者理论来帮助你思考。然而,请记住,这些概念和理论,“仅仅是趣向或者偏见”,它不能帮你真正确认什么实际问题,除非那个问题已经被解决了无数次,已经有了明确的结果。

当然你会意识到,这个和你以前学到的“科学思想”完全不同,是的,这确实是不同的。我要用量子力学为例子也是因为这个不同。我这里说的量子力学是从你在书本里面看到的内容逐步砍掉了“概念”和“思想”的结果,因为这些概念和思想在阻碍你走到大门口。

现在重复一下标题:“为道日损,为学日增”。好吧,我想你明白标题这里的“意思”了。去把所有多余的额外的偏见都从理论里面扔掉,看看最后剩下的是什么,最后扔无可扔的东西叫“道”。那么在这里你看到“道”似乎在走向“无”,那些古怪的概念全都无影无踪了,剩下的仅仅是看上去已经无法扔掉的东西了。然后我们相信,这些“道”才是物理的根本,至于什么超光速重大发现之类,只不过是你还没有理解而已。

然而这有什么意义呢?事实上没什么意义。世界上没有那么多有意义的事情。让我们姑且继续没有意义一会,演化由哈密顿决定,但是如何决定呢?好吧,你容易想出来,既然一切规律一切理论都是空幻,那么最简单的就是“一切皆可能”,于是你可以想象一下,事物其实并不是按照规律去演化,其实根本就没什么规律:事物只是进行一切原则上不犯法的演化,然后你看到的只是总的演化效果。对,你明白了,这个就是路径积分,量子力学的核心“算数”技术。

于是你也许会有最后一个愿望,相当于走到城门口后想往外看看。量子力学这种空无一物的“道”是怎么来的?或许其实“道”也只是竞争的结果,只是别的物理学原理没有竞争过这种简单的演化求和?也许吧,但这不是我能讨论的问题。

为了达到道我们需要不断砍掉理论和概念,然后要做什么?那是下一步的事情,但是让我们先说一句“为道”的本质。热力学告诉你,有一对叫“熵”和“温度”的东西,并且说温度相同的东西能平衡,温度高的要加热温度低的,并且作为一条“基本规律”。好吧,量子力学有说过这些吗?没有。那么这个基本规律是怎么回事?你会看到原来这只是一些特例下的行为:如果某个体系由一堆满足某个特定分布的粒子构成,那么这个体系就会有这些行为。然而你说如果这体系压根就不满足这个分布?那很简单,这基本规律很可能是错的。你需要整个解出这个体系的演化方程,再去看看规律应该是什么。这就是“损”的本质。如果有人非要把这种规律放之四海而皆准,那么他在钻牛角尖,OK。如果有人要把这玩意放大到别的地方呢?呵呵,这有个专门的词汇。再比如说,以前我说过的欧姆定律,本构关系,等等,如果有人非要把这些东西拉到“基本规律”的层次,很简单,他完全不懂理论是什么,属于基础问题。再比如有人非要觉得要建立一个“新的概念”或者“新的数学”去处理这种问题,那么这就是聪明病,属于精神病的一种。

当然你看到,被损而又损之后,理论是清楚了,但是你如何从理论导出结果?这就是要标题的后半句了,好在我们还有下一篇。

 

 



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