一個(gè)外行人眼中的物理

物理

研究聲霸奕、光帮毁、熱实苞、力、電的一門(mén)科學(xué)

在新的3+3高考模式下烈疚,我一直以為會(huì)被冷遇的極大可能是政治黔牵,畢竟大家普遍對(duì)政治不太感興趣。沒(méi)想到最近統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明物理竟然成了最大的冷門(mén)學(xué)科爷肝,實(shí)在感到意外猾浦,原因是大家覺(jué)得物理很難學(xué)。其實(shí)我覺(jué)得大可不必為物理這門(mén)學(xué)科擔(dān)憂(yōu)灯抛,喜歡物理的自然會(huì)選擇學(xué)物理金赦,不喜歡的即使強(qiáng)迫學(xué)了,最后也只是把書(shū)墊了桌腳对嚼。只恨我沒(méi)有趕上這種文理不分科的好政策夹抗,我一直覺(jué)得要是讓我任選選三門(mén)的話(huà)那肯定會(huì)是:物理、化學(xué)纵竖、歷史漠烧。


物理是自然科學(xué)中我心目中的第一學(xué)科杏愤,就像足球是世界第一運(yùn)動(dòng)一樣毋庸置疑。那么現(xiàn)在就說(shuō)說(shuō)為什么物理會(huì)這么偉大呢沽甥?其實(shí)看看現(xiàn)在學(xué)校那些墻上掛的畫(huà)像就知道了声邦,其中大部分都是物理學(xué)家乏奥。正是基于他們的理論基礎(chǔ)才有現(xiàn)代社會(huì)的雛形摆舟。沒(méi)有他們,我們現(xiàn)在可能還點(diǎn)著蠟燭駕著馬車(chē)邓了,以為月亮上還住著嫦娥恨诱。物理學(xué)改變的不僅是我們的生活方式,而且還深刻的影響了我們的世界觀(guān)以及看待世界的方式骗炉。

個(gè)人覺(jué)得物理學(xué)應(yīng)該就三個(gè)階段照宝,古代的亞里士多德時(shí)期,那時(shí)候的物理是一門(mén)經(jīng)驗(yàn)科學(xué)句葵,那時(shí)候的世界觀(guān)和時(shí)空觀(guān)牢牢地掌握在宗教手里厕鹃。亞里士多德說(shuō):大球小球同時(shí)下落,大球先落地乍丈。其實(shí)這種根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)的類(lèi)推剂碴,這種類(lèi)推在今天看似不合理,這段時(shí)期的物理學(xué)還處于混沌狀態(tài)轻专。雖然當(dāng)時(shí)亞里士多德已經(jīng)提出有名的三段論(不知道三段論的可以百度)忆矛,但是在前提錯(cuò)誤的情況下往往得出錯(cuò)誤的結(jié)論,這也是很多哲學(xué)家一直思考的問(wèn)題请垛,如何能保證推理過(guò)程真實(shí)可靠邏輯學(xué)經(jīng)過(guò)羅素等人的發(fā)展催训,提出“命題”這一概念(參見(jiàn)羅素的《數(shù)學(xué)原理》)。

使用最簡(jiǎn)潔的邏輯語(yǔ)言書(shū)寫(xiě)宗收,以至于后來(lái)影響維特根斯坦漫拭,后者說(shuō)道:一切真命題構(gòu)成全部的自然科學(xué)(參見(jiàn)維特根斯坦《邏輯哲學(xué)論》)。

不用懷疑混稽,我們現(xiàn)在使用絕大多數(shù)思想方法都是最開(kāi)始由哲學(xué)家們提出來(lái)采驻,說(shuō)這么多也只是想說(shuō)明如果數(shù)學(xué)使物理插上翅膀,那么哲學(xué)就使物理突破思想的極限荚坞。

近代物理學(xué)當(dāng)然屬于牛頓時(shí)期挑宠,那一代偉大的科學(xué)家們奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。機(jī)械的世界觀(guān)和絕對(duì)的時(shí)空觀(guān)便是那一時(shí)期人們思考的方式颓影,一切的理論都是建立在時(shí)空絕對(duì)的情況下各淀,萬(wàn)物如機(jī)械般精確地運(yùn)行著,以至于我們可以準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)事物的運(yùn)行軌跡诡挂。既然我們可以預(yù)測(cè)萬(wàn)物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)碎浇,我們是不是就可以預(yù)測(cè)未來(lái)呢临谱?萬(wàn)物運(yùn)行必有規(guī)律,歷史發(fā)展亦是如此奴璃,馬克思的歷史必然論會(huì)不會(huì)也是受此影響悉默?三大定律簡(jiǎn)單而和諧,在當(dāng)時(shí)可知的世界里支配一切苟穆,以致于影響了愛(ài)因斯坦等人的真理觀(guān):真理必然是簡(jiǎn)單而和諧的抄课。愛(ài)因斯坦畢生也想弄出統(tǒng)一場(chǎng)論,就是堅(jiān)信這一點(diǎn)雳旅。

當(dāng)人們?cè)趹c祝物理的大廈全部建成的時(shí)候跟磨,頃刻間便轟然倒塌。黑體輻射以及光的速度問(wèn)題攒盈,前者開(kāi)啟了量子力學(xué)的篇章抵拘,后者則迎來(lái)了相對(duì)論的曙光。都覺(jué)得愛(ài)迪生和特斯拉的對(duì)決精彩絕倫型豁,那么相對(duì)論和量子力學(xué)的堪稱(chēng)世紀(jì)對(duì)決僵蛛,不僅僅是理論間的狹路相逢,更是兩種理論背后所代表的哲學(xué)思想的激烈碰撞迎变。兩種理論都有愛(ài)因斯坦的貢獻(xiàn)充尉,可是后來(lái)愛(ài)因斯坦覺(jué)得量子力學(xué)過(guò)于激進(jìn)。

相對(duì)論是對(duì)牛頓體系的繼承氏豌,相對(duì)論讓我們知道原來(lái)時(shí)間并不是一條平靜勻速流淌的河流喉酌,甚至是有很多支流。多少人夢(mèng)寐以求的時(shí)光倒流都有了科學(xué)依據(jù)泵喘,相對(duì)論是建立在光速在任何坐標(biāo)系中不變泪电,而且光速是宇宙中最快的速度這兩個(gè)前提的,要推翻相對(duì)論也就很簡(jiǎn)單纪铺,只要找到不符合這兩大條件即可相速,就目前來(lái)說(shuō)在量子力學(xué)中兩個(gè)微粒間神秘的超距作用(量子糾纏)有可能推翻這兩個(gè)前提(《三體》中的智子就是利用了這種超距作用來(lái)傳遞信息)。信息也只能以光速傳遞鲜锚,于是乎過(guò)去未來(lái)就會(huì)變成曖昧的存在(更多關(guān)于時(shí)間的秘密參見(jiàn)《時(shí)間簡(jiǎn)史》)突诬。

空間也并非平坦,只要有質(zhì)量的物體都會(huì)造成空間的扭曲芜繁,愛(ài)因斯坦大膽假設(shè)我們最熟悉的萬(wàn)有引力就是由于這種空間扭曲造成的旺隙,引力波便是空間中的漣漪(引力波的發(fā)現(xiàn)很好的佐證了這一點(diǎn)),然而萬(wàn)有引力卻是統(tǒng)一場(chǎng)論最大的阻礙骏令,麥克斯韋統(tǒng)一電磁場(chǎng)后蔬捷,強(qiáng)相互作用力和弱相互作用力也被統(tǒng)一進(jìn)去,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)與其他相互作用力相比引力小得微乎其微,目前比較流行的解釋是我們所處的空間里隱藏著更高維度的空間周拐,引力被這些空間所分散铡俐,因此我們所感受到的引力才會(huì)這么微小(《星際穿越》在多維空間控制引力那段就是基于這個(gè))妥粟。

于是時(shí)空的觀(guān)念不再是形而上學(xué)的概念审丘,時(shí)空是具有物理屬性的。相對(duì)論告訴我們勾给,每個(gè)人都生活在不同的時(shí)空坐標(biāo)軸上滩报,你跑得越快,你和別人的坐標(biāo)軸就越遠(yuǎn)锦秒,最終就會(huì)分道揚(yáng)鑣露泊。

當(dāng)相對(duì)論的擁護(hù)者們相信上帝創(chuàng)造這個(gè)宇宙,必然賦予一套永恒不變的規(guī)則時(shí)旅择,愛(ài)因斯坦怎么也不會(huì)承認(rèn)上帝會(huì)擲骰子,一切都是概率事件侣姆。但是我們?cè)谖⒂^(guān)世界里生真,會(huì)發(fā)生許多詭異的事情,完全顛覆了我們對(duì)世界的認(rèn)知(詳情參見(jiàn)《上帝擲骰子嗎捺宗?》)柱蟀。

量子力學(xué)實(shí)在是難,我自學(xué)還是以失敗告終蚜厉〕ひ眩可能大家最多聽(tīng)說(shuō)的也就是“薛定諤的貓”,貓?zhí)幱诎胨啦换畹寞B加態(tài)昼牛,它的生死和自己一點(diǎn)關(guān)系也沒(méi)有术瓮,完全由觀(guān)察者決定,由此產(chǎn)生的是非常激進(jìn)的哲學(xué)思考——月亮消失問(wèn)題贰健。月亮的存在完全是觀(guān)察的結(jié)果胞四,如果沒(méi)有觀(guān)察者那么月亮就不存在。隨之而來(lái)的是所謂“存在”的定義伶椿,很遺憾這個(gè)定義連哲學(xué)家們也沒(méi)有辦法解決辜伟,也算是哲學(xué)的終極問(wèn)題之一。量子力學(xué)最大的魅力就是在于它的不確定性(測(cè)不準(zhǔn)原理)脊另,一切皆是概率事件导狡,隨機(jī)和偶然充滿(mǎn)其間。但是不得不說(shuō)偎痛,要不是量子力學(xué)的發(fā)展旱捧,我覺(jué)得化學(xué)可能現(xiàn)在也還處于混沌狀態(tài)。

這種思想對(duì)必然論造成很大沖擊看彼,自然法則也充滿(mǎn)了不確定性廊佩。這是相對(duì)論擁躉無(wú)法接受的囚聚。很可惜這兩種理論有其對(duì)立和矛盾的地方,但是兩者在各自領(lǐng)域內(nèi)都有很好觀(guān)察結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果做支持标锄。這樣的對(duì)決一直到“弦理論”的出現(xiàn)(詳情參見(jiàn)《超弦理論》)顽铸,假設(shè)組成這個(gè)世界的微小粒子都是一串弦能量,這些弦演繹著不同音符料皇。弦理論很好統(tǒng)一了相對(duì)論和量子力學(xué)同時(shí)也解決了統(tǒng)一場(chǎng)論谓松,但是我們無(wú)法證實(shí)多維空間的存在,弦理論缺少有力的證據(jù)践剂。

物理在我看來(lái)就是認(rèn)識(shí)世界的方式鬼譬,宇宙太大,超出我們理解的范圍逊脯,也超出思想的范圍优质,我們的語(yǔ)言無(wú)法描述。就像《蘇菲的世界》里所說(shuō):“我們仰望天空時(shí)军洼,我們其實(shí)是在試圖尋找回到自我的路”巩螃。如果每個(gè)原子都有記憶的話(huà),那他們還記得大爆炸的瞬間匕争,也還記得在恒星中核聚變的那份溫度避乏,以及恒星爆炸后化作宇宙塵埃在無(wú)垠的宇宙中飄蕩了幾百億年的蹉跎歲月,直到這些原子在我們身上再一次匯聚到一起甘桑。是不是很有心靈雞湯的感覺(jué)拍皮?物理就是這樣一門(mén)偉大的學(xué)科,物理學(xué)每次基礎(chǔ)理論的更新跑杭,勢(shì)必會(huì)引起新一輪的科技革命铆帽。可惜腦子不夠用艘蹋,物理就交給那些真正熱愛(ài)它的人去研究吧锄贼!

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