2018,我也曾仰望星空

世界的真实是什么?时隔近10年后,当我再次面对这个问题时有了不同的答案。

并不是所有思考“人生”“世界”“生命”等问题的青年就是虚妄而不切实际的,正如基础科学对应用科学的促进作用一样,每一个本质问题中的一点启发,或都可以成为日常生活、工作当中重要的催化剂,而我所见、所听闻的关于伟大传奇人物的故事,都离不开他们关于生命意义及世界真实的思考,其中后人所总结出来用以推广的,都归于人生观、价值观等三观性的内容。如果大学时期的思修课因为老师长得漂亮而多听了几节课的话,那应该忘不了其中所提到的一点,一生中最重要的第一件事情,是要有一个确定的“人生目的”,在树立这个目的之前,尽可能真实的去认识这个世界。


作为一个曾经理科成绩一塌糊涂的理科生,有一段时期我曾投入到哲学和历史的研究当中。哲学的第一个基本问题就是关于第一性的问题:物质和精神谁是第一性的。以我所学习的唯物史观的角度,自然是认为物质是第一性的,历史的发展是波动前行、质变产生量变、由资料的积累到抽象的概括、矛盾与真理辩证发展的过程,而站在其他的角度,我们会发现有许多非常有意思的观点,其中甚至有很大部分与我们小时候产生过的“奇思妙想”有直接的联系。

在电影《黑客帝国》上映之后,所谓“缸中之脑”的说法让许多普通人产生了真实的畏惧。什么是“缸中之脑”?中学生物告诉我们,人体所有的想法、记忆、感觉、动作都是由神经系统里面的神经信号进行传递的,意思是,即使没有人打我一拳,只需要通过仪器对我大脑负责痛觉处理的单元进行一个电信号的刺激,我也会感觉到有人打了我一拳,将这种可能性进行放大,假如科技足够发达,是不是只需要有一个大脑,不断对大脑进行电信号刺激,这个大脑就会拥有一个正常人所有的感觉,并且非常确定的认为自己是一个正常人?黑客帝国便是基于这种假设的世界观设定,所有人类被关在一个充满营养液的培养仓当中,他们以为自己所生活的世界是真实的,其实不过是培养仓当中不断对他们进行的电信号刺激。

而倘若我们再懂得一些哲学的知识,便会发现,这种以“缸中之脑”为基础的,对世界本质的认识,在数百年前就已经有哲学家进行了总结归纳,并在多年之后这种学说被划定为“主观唯心主义(Subjective idealism)”的范畴。一个中国学生听着有点熟悉的人名-陆九渊曾经有一句代表性的名言“吾心即宇宙”,不像其他宋朝时期填了不少词而入选语文课本的名人,陆九渊是后世鼎鼎大名“格物致知”的阳明心学最初的开山祖师,同时也是“主观唯心”这种认识世界的思想最著名的代表之一。但物质第一性的理念已经深深扎根在我心中,我始终认为科学才是探索世界真实的唯一工具,人类上万年的历史,就是运用科学的方法不断揭开世界真实的过程,而在这个过程中一个重要的节点,正是那个落在牛顿头上的苹果。

关于牛顿发现万有引力,如果没有深入的、对整个人类科学发展历史的了解,我们可能只是单纯的将其归结于众多公式、定律当中一个稍微重要一点的发现,而事实上,万有引力的发现在人类探索世界的过程中所起到的作用是类似于欧洲文艺复兴的,文艺复兴一扫持续近1000年的黑暗世纪,而万有引力则将人类探索世界的目光从现象真正的聚焦到本质上来,它给整个世界的所有现象都多提出了一句“为什么”。

为什么苹果会掉落?为什么会有潮汐?为什么千百年来月亮对着我们的这一面始终没变过?为什么硬币抛出后会是正面?为什么天是蓝色的?为什么光会有那么多颜色组成?为什么光会有衍射现象?又为什么会有光电效应?为什么不同元素会发生反应?为什么有的物质具有放射性?为什么薛定谔的猫出于生和死的叠加态?为什么我撞上一面墙按理论我有可能穿过这面墙?多年之后,我认识世界的方法也在一个个为什么当中,逐渐从哲学转为科学。

万有引力的世界是一个充满着一条一条“线”的世界,任何有质量物体都具有引力,吸引着其他的物体,就像一根根的线条牵连着万事万物。在牛顿爵士发现这些线条之后,本以为世界的真实已经展现在人们面前,可随之而来的一个为什么,让牛顿爵士彻底的倒向上帝的一边,试图用公式证实上帝的存在——为什么会有这些线条?这些线条是谁放上去的?

绝望,无力。后人熟知的一句网络名言“科学的尽头是神学”,在艾萨克·牛顿身上体现的淋漓尽致。花费了毕生了力气,本以为揭开了世界真实的帷幕,却发现后面是自己用任何手段都完全无法解释的现象。只能以“科学的假设”将那“第一推动力”归结于上帝。而这种对世界的认识,后人将其概括为“客观唯心主义(Objective Idealism)”。

儒家学说的集大成者,孔庙陪祭十二哲之一的朱熹,也是与陆九渊心学有过数次论辩的“程朱理学”创始人,其能载于史书的核心价值当然不是一句“为有源头活水来”,而是今人所归于“客观唯心主义”的理学思想。朱熹所谓的“理”,是世界的本源,“理在气先”,气是构成世界的物质基础。而在很多时候,这种超脱于所有物质之外的“世界本源、绝对精神”在经过神秘化处理之后,便成为高居于天堂的上帝。科学在最无能为力的时候,上帝张开了怀抱告诉世人,世界的真实就是,我创造了一切物质、一切规律,不要再探寻太多,探寻的越多,解不开的疑问越多,疑问越多,越是痛苦。庄子说“以有涯随无涯、殆矣”,即使在数千年前,就已经觉得用有限的生命探索无限的真理,得累死啊!

世界果真是由上帝所掌控的吗?所有人的命运也都是由上帝安排好的吗?长久以来,即使不承认上帝的存在,至少这种“决定论(Determinism)”充斥于整个科学界,并诞生了“拉普拉斯妖(Démon de Laplace)”这种科学假设。一枚硬币抛出,掉落之后是正面还是背面?从小接受的教育告诉我们这是一件完全随机的事情。而实际上,影响硬币掉落哪面朝上的因素有硬币的构造、重心的分布、抛出时的手势、力作用的方向、抛出时的风速、风向、湿度、温度......如果假设我们确实的清楚这些因素量,并且构建一个计算的数学模型,那么任何一次抛出硬币的结果就都是确定的,这种确定,和石头砸到脚就会痛、吃多了就会肚子胀没什么区别。若是将这种假设更进一步,假设有这样一只“谛听神兽”,可以知道世界上每一个原子每一刻的动态,真正的“全知全能”,那么对它来说是不是就没有所谓不确定的事情?

世界的真实笼罩在“决定论”之下,让人提不起反抗命运的力量,直到世界的探索者将目光聚焦到了“光”。有一个给三个小孩同样5块钱,买东西填充教室的故事,第三个聪明的小孩买了蜡烛,用光填充了整个教室,聪明小孩知道,如果说这个世界上什么东西最多,那一定就是光。如果我们认清光的本质是什么,那么拦在世界的真实前面的迷雾将大部消散。

光首先是一种波,中学物理书上的又一位大神“麦克斯韦”出手了。这位牛顿之后成就最高的物理学家,除了让中学生很头疼的麦克斯韦方程组之外,通过对电磁波传播速度的研究,预测了光的本质也是电磁波,而在此之前,虽然波动说也有惠更斯等人提出并验证,但直到赫兹通过实验证实麦克斯韦的预言,波动说才成为学界主流。

但粒子说自牛顿提出光是一种微粒后也始终都有市场,现在一个最普通的中学生提到光都可以毫无压力的说出“波粒二象性”来,可在知识探索的初期,这种概念的诞生却始终伴随着剧烈的争论甚至对抗。当爱因斯坦通过光电效应观察到光明显的粒子性时,也只敢提出“光量子”这个略显模糊的概念,人们实在无法想象,光究竟是什么样的一种形态。波是看不见摸不着的如同声音一样的东西,而粒子是实实在在有质量有体积的,怎么可能会有一种物质,既是波,又是粒子?这个世界究竟在跟我们开什么玩笑?这个世界的本质难道就是一个笑话吗?

但严谨的科学精神,人类在物质世界数千年的探索经验告诉我们,没有绝对的真理,只有相对的真理,我们对事物的认识就如同盲人摸象一样,当我们从来没见过象的时候,如果我们不把它每一个部位都摸个遍,永远不清楚它具体的样子,而当我们彻底的掌握它的所有属性,我们才能给它定义一个名字“大象”。同样的,对于光来说,波动性只是大象的脚,粒子性只是大象的尾巴。在爱因斯坦之后的数十年,直到20世纪70年代,才通过实验证实用波动概念可以解释光电效应,波动性与粒子性握手言和。

对光的本质的研究启发了更多人,充斥在这世界上最广泛的这种物质具有直观感觉无法想象的特性。光是一种粒子,我们可以把它想象成一颗黄豆,而同时光也是一种波,我们能对着一颗黄豆说这个黄豆是一种波吗?德布罗意,这个法国的物理学家在爱因斯坦提出光量子后不到20年,就通过自己天才大胆、颠覆性的想象力提出假设,如果光这种粒子可以是波,那么其他所有粒子是不是也可以表现为波?质子、中子、电子...都可以是一种波?

如果世界的真实前面有无数大门,每一个门后都有守卫的魔鬼,那么当德布罗意打开“物质波(matter wave)”这扇大门时,他一定看到了魔鬼讥讽的眼神!而人类与魔鬼相抗衡的武器,最锋利的那把叫做“数学”。

通过数学方法,在物质波的前提下所建立的薛定谔方程能正确描述波函数的量子行为,但这只是数学上的解释,这种量子行为对应的物理现象是什么?1926年玻恩提出,或许,这种波是一种概率波?决定论、谛听兽拉普拉斯在概率波诞生的那一刻眼看着倒计时的声音响起了!

根据概率波的解释,微观粒子根本根本就没有一个确定的位置!如果我们看到一个地方粒子多,一个地方粒子少,代表的含义是粒子在前一个地方出现的概率大,在后一个位置出现的概率小!并且微观粒子的动量和位置是无法同时确定的,当动量的值越确定,则位置越不确定,反之亦然。所以中学时期看到的原子内部的天体模型,行星围绕恒星转动的样子,在原子内部实际的表达却是:中间是原子核,周围却不是一颗颗围着转动的电子,周围应该是一团电子云,在这团云内我们观测到的电子的公转轨迹,只不过是因为电子出现在这个轨迹上的概率比较大罢了。

不确定性原理对决定论造成致命一击,但真正推倒“因果关系”这面墙的,来自于另一个魔鬼般的实验。

物质波的概念自提出以来始终只是一个理论,即使数学上成立,但没有实验现象,或许光真的是最特殊的那一个,其他的物质依然安分守己呢?直到1961年,随着材料学和加工工艺的发展,人类终于可以制作出一个给电子通行的缝隙,电子双缝干涉实验,众多颠覆性的理念随着这实验而诞生了。若电子是粒子,那么当电子通过两条缝之后应该会投射出两道由粒子组成的光带,而若电子是一种波,则会出现波特有的干涉现象,投射出干涉条纹。电子会是波吗?实际的实验表明,当我们把电子像水波、像光一样的去做干涉实验时,出现了清晰可见的干涉条纹!物质波通过实验得以证实!

干涉的产生如果是因为波是延续不断的,那么,如果我们把电子一颗一颗的发射出去,电子就算具有波动性,也不会产生干涉条纹了吧?如果这种情况下还有干涉条纹的产生,那么只有两种可能性,要么一颗电子发射出去后使用了影分身术变成两颗同时通过了双缝,自己与自己发生干涉,要么电子们已经提前商量好了,第一个出去的走左边的缝,第二个出去的走右边的缝。似乎能想象的到做这个实验的克劳斯·约恩松一脸惊奇的问上帝:

“你是凯蒂吗?”

上帝说:“不,我是希尔瑞斯”

物质波颠覆了数千年来人们对这个世界的认识,电子干涉实验后,更大层面的质子、中子,甚至原子、分子都在实验中表现出波动性特征。我们把物体分解分解再分解试图去找到它们组成的最基本结构,终于到了中子、质子的层面时,我们却发现,构成万事万物的基本粒子,居然也是一种波?!那么,被它们所构成的我们,难道也是一种波吗?但更诡异的还在后面。

1974年,同样的电子双缝干涉实验,同样的操作流程,当物理学家希望弄清这个过程究竟是怎么发生的时候,在干涉实验装置上加装摄像头去观察时,世界的本质又产生了变化!只因多加了一个摄像头去观察,原本应该产生干涉现象的电子,却好像被人发现了一样,规规矩矩的以粒子性通过双缝,投射出两条光带。为什么我不看你的时候你是波,当我一看你,你就变成了粒子?电子,有意识的吗?它是什么时候决定到底要表现出波动性还是粒子性的?还是说人的意识会影响观测对象的行为,促使观测对象选择成为多种叠加状态中的一种?难道我真的可以用意识来影响到现实世界了吗?特异功能是真的存在的?

1979年,纪念爱因斯坦诞辰100周年在普林斯顿举行的一场会议上,爱因斯坦曾经的同事约翰·惠勒提出了一个戏剧化的思维实验。如果电子的形态发生改变是因为它在通过双缝之前我们就已经去观测了,那么如果我们在它通过双缝之后再去观测呢?根据因果关系,如果电子通过双缝前我们不去观测,电子通过双缝后就会产生波动性这样的结果了,这个时候再去观测或者不观测都没什么作用了。

但与我们能想象到最诡异的结论一样,当我们在电子通过双缝后再去观测时,电子仍然表现出粒子性!只有两种可能,要么,电子在出发前已经通过占卜术知道未来有没有人会观测。要么,我们的观测行为坐上了时空穿梭机,影响到了还未发生的事情!就好像你要去打开电灯开关,可手还没按到开关上,电灯就自己亮了。

如果我们依照观察者效应,我们可以假设这样一个场景,制作一个炸弹,炸弹的开关是一个电子,当电子呈现粒子性的时候,开关打开炸弹爆炸,电子呈现波动性的时候,开关关闭。把这个炸弹和开关装到一个盒子里,同时在盒子里放进去一只猫,关上盒子后,薛定谔向吃瓜的观众提问:这只猫现在是死的还是活的?如果说电子表现出的叫波动性和粒子性的叠加态,那么这只猫现在表现出的就是生和死的叠加态。

......

经典物理学天空上出现的两多乌云,相对论和量子力学,在经过上百年的发展之后已经成为解释世界的基本工具,广义相对论提出引力的本质是时空的弯曲,牛顿爵士怎么也不会想到,当初困扰他的那个“为什么”,数百年后爱因斯坦给出的答案会是,质量会引发物体周边时空弯曲,导致质量小于它的物体会顺着弯曲的时空朝它靠拢,就好像在蹦床上扔进去一个铅球,蹦床内凹,周边的小件物体会滚入凹陷的坑中,而这种解释的前提又是存在更高维的空间,这种生活在三维空间的人类完全无法想象出来的,只存在于数学当中的概念,其为人所理解的方式,竟然是一张“二向箔”。

物理学的大一统,正如百年前光的波动性和粒子性一样,总会出现一个合理的解释,无论是弦论或者其他,甚至最终证明上帝的存在,也都只是探索中的一个过程。哲学、物理、数学...我们通过各种手段试图去了解这个世界的真实,却越是迷失在真实中,一个问题的答案往往会牵扯出十个新的问题,若不是历史学告诉我们,数千年来人类对世界的认识是一直在进步的,当我们面对浩瀚的星空时,除了无力也只剩下最真实的绝望了。我情愿将上帝也分为狭义和广义的,狭义的上帝是那个被人类塑造出来,有着伟大神迹故事的同时,又必须不断扩展收集信徒的家伙,而广义的上帝则是指世界最本源的规律和特征。宗教所依仗的神秘主义,在世界的真实面前是如此渺小,在人类探索的脚步面前又是如此脆弱。

仰观宇宙之大,更觉自身如尘埃,但一颗电子的运动为我们揭示了世界真实的奥秘,一个人的作为又能否影响到大世界洪流般的进程呢?试想,若不是牛顿,若不是爱因斯坦、普朗克、法拉第、麦克斯韦、费曼、薛定谔、狄拉克、卢瑟福、海森堡......这些“渺小”个人的工作,又如何让我们一步步接近世界的真实?若是没有各个政府、各大企业将基础科学转化为应用科学,我们又何以在区区几百年内经历数次生产力革命,而这一切的变革,其源头便是对“真实”的探索,这是整个人类社会最终极的目标!

一个人要如何有意义的度过一生。奥斯特洛夫斯基总结的十分完美以至于家喻户晓,回首往事的时候,不会因虚度年华而悔恨,也不会因碌碌无为而羞耻,将生命和全部的经历,都献给一项壮丽的事业。这项事业不一定宏大如“为全人类的解放而斗争”,哪怕只是对人们的生产和生活效率有所提升,也将成为探索世界真实的道路上的一颗基石。我所最羡慕的人生便是如此,有一个崇高的目标,心甘情愿的将全部的精力和时间都投入到为实现这个目标而产生的具体工作上,毫无遗憾地死去,坚定地走向永恒的寂静,在未知国度等待世界真实的降临。

(注:文中所涉及的物理学概念非常笼统,皆来自于作者日常阅读的总结,仅供参考)

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