《量子大唠嗑》

　　书名：《量子大唠嗑》

　　作者：马兆远

　　出版社：中信出版集团

　　出版时间：2016年10月

　　定价：48.00

　　书号：978-7-5086-6503-0

　　体验的新科学

　　牛顿的工作经其后的理论和实验科学的发展，形成了如今我们称为经典物理学的宏伟建筑。一位19 世纪末的科学家，若是相信物理学建立在不可撼动的基础上，将永远屹立不倒，那是可以原谅的。经过一代代的科学家、数学家和哲学家的努力，牛顿的宏大设计在19 世纪末达到了顶峰。看上去经典物理学几乎能够解释物理世界的一切方面：运动物体的动力学中力和运动的相互联系、热力学、光学、电学磁学，以及引力。它的内涵是广大的：从地球上日常经验的事物，直到可见宇宙的最远处。理论与实验观测十分吻合，理论对实验的解释又如此的无可置疑。所有人都认为，即使还存在一些遗留的问题，但与经典物理的基本成就相比，这些问题似乎是微不足道的——百里之行已经走了九十九里半了。

　　然而在1900 年之后，微不足道的问题竟然将物理学世界颠倒了过来。而将经典物理学推广到原子的层面时，我们看到那两百年建立起来的信仰被完全颠覆。量子力学的出现不但证明经典物理大厦可以被撼动，简直可以说是建立在完全值得怀疑的基础上。牛顿物理学是机械的、决定论的、客观的，其含义似乎没有可以怀疑的余地。但与此相比，量子物理学的特点是交互的、非决定论的和不确定性的。即使在其被发现后一百年，对物理学家而言其含义仍远不清晰。事到如今，我们应当乐于放弃经典物理为我们建立起来的确定性而接受量子物理带给我们的深刻的困惑。这似乎难以置信，但是要知道尽管简单、直观清晰并且与我们的日常经验相吻合，经典物理在面对量子物理的诘难时却真的失败了。然而，量子描述毕竟是建立在以前经典物理构建的废墟之中。因此，从经典的风景中开始我们关于科学的旅行是适当的。到这里，我们需要讲一下人的认知历史，看看由田园到废墟是怎样的历程。

　　在牛顿之前，数学本身已经逐渐形成了一套理性的逻辑语言体系，根据我们之后会讲到的哥德尔不完备定理，这样的体系是无法自己证明自己是正确的和完善的。不同的假设可以把我们导向完全不同的理论体系。注意我开始很小心地使用“理论体系”和“知识体系”这样的词汇，因为“知识体系”是在自然世界的体验中验证过的“理论体系”。比如对平行线公理的认可与否，有欧几里德几何，也会衍生出黎曼几何。人类的哲学思考也类似，一套逻辑体系本身，无论有怎样的修饰词汇，怎样的繁复，一定会在体系内部找到既不能证实也不能证伪的问题。因此，这些问题往往成为对手找到的“阿喀琉斯的脚后跟”。事实上，这里我必须插播一点以生命为代价的争论。

　　玻尔兹曼（Ludwig E. Boltzmann ）与奥斯特瓦尔德（Friedrich W. Ostwald ）之间发生的“原子论”和“唯能论”的争论，在科学史上非常著名。按照普朗克（Max Planck ）的话来说，“这两个死对头都同样机智，应答如流；彼此都很有才气”。当时，双方各有自己的支持者。奥斯特瓦尔德的支持者是以不承认有原子存在的恩斯特-马赫（Ernst Mach ）为代表的当时的主流科学家。而作为少数派，玻尔兹曼常年沉浸在与这些不同见解的斗争中，一定程度上损害了他的生理和心理健康。尽管玻尔兹曼的“原子论”与奥斯特瓦尔德的“唯能论”之间的论战，玻尔兹曼最终取胜，甚至普朗克承认他对黑体辐射的解释借鉴了玻尔兹曼的原子论，但玻尔兹曼似乎一直是少数派。他的痛苦与日俱增，又没有别的办法解脱，终于在1906 年，他让自己那颗久已疲倦的天才心灵安息下来。对于他的死，普朗克感慨说：“一个新的科学真理不能通过说服对手，让对手心悦诚服而建立。只能等到对手们渐渐死去，新的一代开始熟悉真理时才能贯彻。”对普朗克来说，学术争论没有多少诱惑力，因为他认为争论不能产生任何新东西，没有实验检验的辩论是没有实际意义的。“达摩东来，只求一不受人惑的人”，人是可以接受新知识的，但如果已经有了固执的己见，通过思辨来改变他是没有意义的，接着走就是，找到愿意接受的人，或等到人们愿意接受就好。

　　20 世纪30 年代，人们才认识到普朗克所指的学术争论在逻辑上有多么的可笑：任何一个逻辑体系自身不能做到完备或自洽，而物理学恰恰是从自然界找来新证据，终结这些因不完备或不自洽而引起的争论问题的唯一通道。或者说，逻辑和数学的工具性从这个时候开始明确，物理学成为人类思维过渡到自然的第一步。它的一侧是人类的理性思维，另一侧是检验这些思维是否正确的自然世界。因此牛顿的工作给了物理这门科学深刻得多的含义。由此人类确立了实证的方法来检验理论是否正确，自然界提供了一个无限大新的假设的库，源源不断地引入哥德尔定理所要求的补充已有理论的“假设”根据。这一点，我们在接下来的内容里还会多次讨论。