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这才像物理学家写的书,读《存在主义物理学》

已有 547 次阅读 2024-1-31 10:11 |系统分类:生活其它

   《存在主义物理学》,霍森菲尔德著,柏江竹译,中信出版社,2023

本来是想读一读关于熵的书,结果读了好几本宇宙物理学的科普书籍(不是专业书),还有数本待读的书在书架上躺着,光是这个作者就有一本《迷失》,不过想歇歇了,下一本选个八卦的来读。

这书讨论了现在民科经常讨论的那些话题,涉及黑洞和宇宙暴胀理论、人是否有自由意识、未来是否可以预测、常数理论以及宇宙选择等等。还包括现在在与过去是否不同(如何理解牛顿力学的时间可逆性);物理世界是否是具有确定性的;每个粒子是否都有可能包含一个宇宙(这个问题我到是很少见);自由意志之外是否存在无形的手正通过自然的约束操纵着我们的命运;量子的不确定度以及由此产生的平行宇宙的观点。

其主要观点都是这些常见的说法或者理论都还不是科学,可以讨论亦可以相信(当然也可以反驳),但都是与神学差不多的东西,因为科学是要讨论那些实实在在存在的东西与现象,如果人们完全不可能揭示的东西与内容,或者在现阶段还没有发现或者揭示那些未知的东西,便不是科学。

此书的观点是那些讨论是可以讨论的,玩玩是没有错的,但不应该列入到科学的序列中来,起码在现阶段列入科学序列是不“科学”的,我们不讲他们是非科学的,而是说“无关乎科学”。最典型的例子就是平行世界论。无法被证伪就不是科学,无法被量化就不是科学(无法定量分析或计算,不是量子化),同样的,无法有效的描述,即帮助我们完成预测新实验结果的也不是科学。宇宙既然是这样的,诸多理论都有些可笑,但并不妨碍人们努力的步伐,这就是人,喜欢安逸又喜欢冒险,最好是安逸着冒险。还是先从了解身边的城市开始吧,还有那些植物、动物,还有,最重要的是了解身边的人。不要去选择可怜的未来,而是对未来保持好奇,这一点更为重要。

   基础物理学的研究人员没有对他们所做的事情进行充分的反思。他们所从事的一些研究从一开始就不科学。例如,大多数载早期宇宙的假设都只是一些复杂的现代创世神话,对于描述和的观测结果来说不必要的。同样,试图找出自然常数之所以存在的原因,或是引入不可观测的平行宇宙也都没必要。这不是科学,而是打着科学的幌子、伪装成科学的宗教。只是不要误会,事实上我对人们追求诸如此类的观念没什么意见。如果有人觉得它有价值,无论是出于什么原因,我都无所谓,因为每个人都有信仰自由。

    因此尽管我们在不断发现新的知识,但宗教和科学仍然会在很长一段时间内继续共存。这是因为科学本身存在局限性,而在科学的边界之外,我们会寻求其他的解释方式。而随着物理学的进一步发展,有些限制有可能会被克服,有些限制可能是不可逾越的。或许我们将不得不在缺少科学解释的情况下接受有关宇宙的一些事实,哪怕只是因为科学方法无法自证。可能会观察到科学方法是有效的,然后总结说继续使用这些方法对我们有益,但仍然不知道它们为什么有效。

    科学肯定不是唯一能从自然中汲取灵感的创造性学科。但是科学能用意想不到的转折彻底改变我们对现实世界的看法,这就是为什么科学首先是一种灵感,而不是一种职业。它是一种理解世界的方式,能刻领我们发现真正新奇的事物。衷心希望科学的这一面能得到更多的赞美。

书的基石是这样的,不同的物理规律是与尺度相关的,与人体大小相近的物体所遵从的规律便是牛顿力学,与原子尺度大小相关所遵循的规律便是量子力学,现阶段看,天文尺度的规律还并未确定,部分与相对论相关,但相对论还未臻完善。

牛顿力学(或者说机械论)中的过去未来现在是没有意义的,给定初始值,便会有确定的结果,这便是决定论。知道过去可以推演出未来,同样的,知道未来可以推演出过去,但并不是说可以从未来又回到过去,时间的均匀性并不代表起死回生,时间的箭头便需要熵的概念了,宇宙在膨胀,这就规定了时间的方向,时间方向与熵增的方向应该相一致的,但二者的具体关系我们还不清楚。

量子的几率过程便不是一个决定论了,而是一个几率波的概念,这个几率波又不同于统计物理中的热力学问题,一个是基于微观世界的不了解,可以用几率的综合效应来确定宏观下的决定论,而量子几率是说,在微观尺度下,你只能用几率来描述,即使是其体现出宏观性来,微观尺度的宏观表现叫坍塌(我特喜欢的一个词,觉得特别有诗意,可惜作者不喜欢,作者喜欢用“还原”甚至“修正”,这或许与各自的语言相关)。在量子世界中,几率的宏观化过程便是一个测量过程,特别的,你可以将其测量广泛化,只要是其与外界环境进行的交换,可以是物质的可以是运动的也可以是信息的,但微观过程便宏观化了,所以不确定性是完备的,而测不准是不完备的,但扩展测量的定义范围,则也可以是完备的。

熵的定义为所有相似的态的集合,但如何定义相似,书给出了两个例子,圆周率和马歇罗尼常数γ的“随机排列”,来说明我们对“相似”的定义是存在问题的,当前理论所量化的“显序”可能有一天会提示出我们迄今为止未曾接触的“隐序”。

玻尔兹曼大脑,具有自我意识的低熵涨落。在量子力学尚未诞生的时,波尔兹曼关注的粒子集团中的纯统计涨落,后来发现的量子涨落放大了这个问题,在量子涨落的作用下,低熵的物体(比如大脑)甚至可以在真空中凭空出现,随即又消失不见。关键是这一机率远远小于涨落出现宇宙的几率,说来玩玩就是了,统计力学有好多这种理想实验:麦克斯威妖、拉普拉斯妖,都是一些小妖。

关于量子力学的一些民科讨论的回答:数学翻译成日常语言是没有必要的,而且是相当不正确的。抽象的数学结构们本身的方式来处理。它们不需要被解释,也不需要解释。它们不需要“像”其他任何东西,在大多数情况下不像。人们之所以要使用这些数学公式,完全是因为没有类似的东西能替代数学。量子力学是使用直观语言来处理抽象数出现错误的绝佳范例。以叠加为例,在量子力学中,初始状态输入薛定谔方程来计算它们如何随时间变化。薛定谔方程具有这样一个性质:如果我们已经求得了两个不同初始解,那么这两个解的和以及每个解与任意数字的乘积也都是的解。这种加和就是所谓的叠加,纠缠态就是一种特殊的态,它同样也是叠加的,就是这样而已,那么量子力学中的事奇古怪的故事都去哪儿了?本来就没有。当然,用语言来表达数学的必要性,但是你也要知道,最子力学的很多内容之所以看上去如此怪异,恰恰是因为它们被强加到了日常语言当事。根本就不存在什么精准的比喻,量子力学中没有,其他领域也没有,因为它们如果足够精准,就不叫比喻了。

如果意识产生于我们已知的基本物理定律,那么它就是可计算的。然而,量子力学中波函数的修正(坍塌)可能表明,我们遗漏了某些信息,而遗漏的这些部分可能是不可计算的。如果是这样,那么意识也有可能不可计算。但这并不意味着意识导致了波函数的修正(坍塌);事实可能正好相反,波函数的修正(坍塌)会在有意识的觉知中发挥作用。这在很大程度上只是猜测,并且缺乏证据支撑,但是就目前而言,与我们所了解的一切并不冲突。

二元论应该没有错,但如果心灵与物质相分离,那它就不会影响我们感知的世界了,分离了不行,不分离又不行。但说心灵完全是由物质构成,由物理学定律实现的,总觉得不是那么回事儿。薛定谔那本书也讨论了这个问题。

今天人们已经可以测量出人类大脑在有意识或者无意识的情况下分别有什么表现,到目前为止,还没有任何证据表明人类的感知是非物理的。印象中七八年前,脑科学正经火过一段,现在好像又不是那样的了。

自由意志、来世以及对意义的终极探索。这里对意义的终极探索不知道是指什么,生活的意义?读罢之后没有明确的感觉,哈。

还有这种蝴蝶效应:输入是精确的,结论是确定的,短期内是可预测的(在一定范围内),而长期是不可预测的。我到是觉得,不可预测的某些行为才是人有意识的标志,不要用逻辑,更不要用道德来限制人类的行为。 现在人们不再寻找规律,甚至连统计规律都不要了,人们只是在研究对象所依赖的外部参数上,而穷尽所有参数所有数据。

 估计这书和存在主义无关,我不懂哲学上的那些流派,不知道存在主义应该是什么样,如果说“我思故我在”和这书差不多还有些联系,但如果是指萨特的存在主义,好像没有什么太的关系。Existential Physics: A Scientist’s Guide to Life’s Biggest Questions这是原书名,不清楚哲学中的存在主义是不是这个字,反正书中没有介绍什么存在主义的哲学观点,若一定要阐述一些关系的话,书中认为存在的内容才是物理学关注的内容,那些无法验证的问题,与物理学并不相悖,但不是物理学。比如平行世界,既然你验证不了(若是借用波普尔的话,那便是你“无法证伪”),那你与神话和宗教并无两样,正确与否不必讨论,但一定不是物理学的范畴,所以从这个意义上讲是存在主义。还有一些观点可能是符合存在主义的,比如存在先于本质,但自由意识的存在又不是本书的观点,书中的观点还是认为意识依然是物质所形成的,即神经网络之中的电信号或是什么信息的交换形成了意识。

在阅读此书之前读成过几本现代宇宙学的科普书,我经常想的问题是他们讨论那么些没有用的东西有用吗,同时又在反驳自己,那在两千年前观星又有什么用,那时讨论地心还是阳心说有什么用。因而现在看不见摸不到的东西大家在讨论又怎么能说是错呢。实用的现实主义是不可能产生科学的,甚至可以在我国传统“科学”史中找到相关的例证。科学存在局限性,而人类一直在深度突破这些局限性去寻求意义,只是方式各异,只是要强调一个前提,探索的过程要尊重科学事实,这一点至关重要。超出我们观测范围的事物就只是纯粹的信念。科学对其存在与否不予置评。无论声称它存还是不存在,都无关乎科学。

另一方面不要轻易对那些玄学说不,只是说科学对它们不置可否,或者说,现在所讨论还不是科学。就是说延展到宿命论也不可怕,你并不需要为了给希望、信念和信仰腾出空间而压制自己的理性思维。不忘提出重大问题并且对答案无所畏惧的人,这不是典型的民科吗。

 头尾两处的前言和后记都坚持了这样一个原则:科学界应该建立友好的信息交流习惯,而不是只请几个大伽做个学术的报告,应该像某些宗教那样建立良好的交流性的例会,大家坐在一起聊天。现在科学报告都写的佶屈赘牙,为了大众不懂而书写,所以经常会有人问,你玩那玩意有啥用呀(哈,好在梁龙人家问的是摇滚,没有公共支出费用)。所以应该写大众能够明白的科学论文,这也是本书写作的目的。物理学家素有思维狭隘的名声,哈。这名声我到是第一次听说,作者认为应该通过行动改变这些印象,这就是作者书写这本书的目的。科学家可以从宗教中了解到,并不是每次聚会都要以收获新知为目的。有时我们只是喜欢与志同道合的人相伴,互相分享些有趣的见闻,或者只是期待一场传统的仪式。科学太缺少这种社会整合的过程了,这是我们可以改进,并且应当改进的方面。在公开的讲座上,我们除了分享知识以外,还应该为所有参与其中的人提供相互了解的机会。我们应该更多地讨论科学知识对非专业人士产生影响,而不是只邀请著名科学家来召开专研讨会;我们应该更多地倾听在科学洞见的帮助下渡过难关的从分享感受并从中获取经验。

这是一本真正意义上的“物理学家”谈物理、量子、宇宙学、生命等那些重大的话题,我是说用一种我同意的物理学观点来讨论。当看到作者是位2003年毕业的博士时,觉得好小呀,这么年轻就可以写出这么有深度的书来,后来发现已是两个孩子的妈妈,这才掐指算了算了,噢,也工作二十年了,搞不好快五十了,不小了。我还是生活在我的尺度里,哈。

去年秋天读了第一章,在20231011的贴纸上写着,全都是基本的物理学内容,还继续读下去吗?直到前两天,又看到这个书的名字,存在主义令我好奇,便又捡了起来,还好,书还蛮对我胃口的,特别是在这一段时间里读了《无穷的开始》《世界为何存在》,对这些问题有了些许的初步了解,算是有了背景资料,还有一本《真实世界的脉络》未读,随手翻了翻,好像是科学的内容比较多,秋天再说吧。



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1 王涛

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