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1700722922 那么,我们也完全可以把前面引用过的圣乔其的话,原封不动地搬过来,只是把“生命”一词改成“能量”就行了。于是就有:“并不存在所谓能量这种东西,因为从来就没有人看到过它。所以,能量根本就不存在。”
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1700722924 事实上,“能量”确实与“生命”、“精神”等一样,既看不见,也摸不着。其实,要是我们能非常勇敢和坦诚,我们还真不容易说“能量”与“鬼”之间的本质差别了。如果要能说出一点差别的话,那就是:我们已经有了表达“能量”运动的数学公式,而目前还没有写出表达“鬼魂”运动的数学公式来。当然,我们还有更漂亮的能量守恒定律,而目前还没有写出鬼魂的守恒定律出来。但是,谁能保证,今后也永远写不出来呢?
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1700722926 说得更兜底,物理学从它的开始就是一门相当精神化的学科。早期的物理学主要是天文学,天文学是研究天体的学问,例如太阳、地球、月亮、行星、恒星等。在这些庞大的、死气沉沉的刚体大球之中,好像不可能有什么精神之类的东西。然而,要是我们还能再细细想想,还是有某种像鬼魂、像幽灵一样的东西把这些庞大的、死气沉沉的刚体大球拉在一起。也同样就是这种像鬼魂、像幽灵一样的东西,把跳楼自杀的人从天上拉进了地狱。牛顿(Isaac Newton,1642—1727)把这种幽灵一样的东西称为“万有引力”(gravitation)。而“万有引力”如今已写进了所有的物理学教科书,包括中学的物理学教科书。所以,读我这本书的读者必定早已学过了“万有引力”,同时也并不觉得它就是一种鬼魂或幽灵一样的东西。
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1700722928 然而,并不是所有的人都是像我们这样的乖孩子,从不怀疑教科书上写的东西。例如,英国一位著名的数学家和物理学家,汤姆生勋爵(William Thomson,1824—1907)就曾公开地怀疑“万有引力”。他说:“其实牛顿并没有发现万有引力这种东西,牛顿所发现的只是苹果运动和天体运动之间的相似性。”
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1700722930 这倒真是一个绝妙的看法,因为这样一来,就可以把“万有引力”这种鬼气森森的东西赶出物理学的伟大圣殿。说不定,我们还可以把“电磁场”、“电磁波”等等鬼气森森的东西,也统统赶出物理学的大门之外,从而使物理学彻底唯物化。不过,要是真的没有“万有引力”,也没有“电磁场”等鬼气森森的东西,物理学还像物理学吗?
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1700722932 同样地,我们讨论过的盲人世界中的科学家也会遇到相似的问题。当有些盲人科学家通过对室内外温度的变化规律中推测有“光线”的存在时,“光线”这种东西的可靠性与“万有引力”、“生命”或“幽灵”一样,因为从来就没有一个盲人曾经摸到过光线,听到过光线,尝到过光线,或嗅到过光线。
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1700722934 总的说来,“万有引力”、“能量”、“生命”、“精神”和“幽灵”的真正差别只是,我们已经发现了万有引力的数学公式,并且还发现了能量守恒定律,但我们还没有找到生命、精神和幽灵的严格数学表达式。这就是为什么我们承认万有引力和能量是科学的概念,而“生命”、“精神”和“幽灵”目前还不能说是科学的概念。
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1700722936 如果我们真能以开放的心态来对待世界上许多未知的事物,我们也应该有勇气这样考虑,即像“生命”、“精神”和“幽灵”这些在人类历史上已被许多哲学家和思想家思考过的大问题,迟早会成为科学界中认真思考的问题。也就是说,对“生命”、“精神”和“幽灵”的探索,迟早会进入实验科学的领域,物理学家也会努力寻找它们的数学公式、运动方程和守恒定律之类的结论。
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1700722938 当然,要找到“生命”、“精神”和“幽灵”的数学公式、运动方程和守恒定律等,不是一项简单的工作。也许,这已不是我们这一代科学家的工作了。但是,我深信,这必定会成为我们后代科学家的工作。如果我们简单地回忆一下科学史,尤其是科学家发现像幽灵一样的电磁场,我们就会对此抱更为乐观的态度。
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1700722940 物理学家研究看不见摸不着的电磁场
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1700722942 中文中的“磁石”就是慈爱的石头,用现代语言来说,就是有爱情的石头。其实,古希腊人也认为“磁石”是有生命的,因为有一种看不见、摸不着的神秘力量,使它们相互吸引。然而,人们在这种哲学性的思辨阶段停留了两千多年。后来,通过许许多多物理学家的不懈努力,这种看不见、摸不着的神秘力量才逐步逐步地被认识。其中包括杰出的英国物理学家法拉第(Micheal Faraday,1791—1867)和麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831—1879),他们在研究这种神秘力量的艰难工作中,跨出了决定性的几步。
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1700722944 法拉第是一位工人出身的实验物理学家,长于动手,善于观察。他对磁石所具有的这种神秘力量进行了认真细致的观察和测量,并用定量的数学形式来描述这种神秘的力量。不管人们把磁石周围的这种神秘力量称为“生命”也好,称为“爱情”也好,这种力量从此再也不是文学家和艺术家所独用的语言,而是进入了实验科学的领域。法拉第还把铁粉撒在纸上,再把磁石放在纸的背后,轻轻抖动这纸片,上面的铁粉就会排起队来,并从磁石的南极一直排到北极。用这样的方法,法拉第把这种看不见又摸不着的“幽灵”,变成为很容易看到的东西。法拉第还把这种用铁粉排成的线称为“磁力线”。
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1700722946 与法拉第不同,麦克斯韦则是一位长于数学的理论物理学家。他假定,这种看不见摸不着的神秘力量是一种与液体相似的东西,并把它称为“场”(field)。然而,麦克斯韦并不停留在发明了“场”这个单词来代替“幽灵”,代替“生命”,代替“爱情”,或代替看不见摸不着的气功中的“气”一词,而是根据法拉第等先辈科学家积累的大量实验数据,定量地写出了一组“幽灵”的运动方程,这就是物理学中著名的“麦克斯韦方程组”(Maxwell equations)。“麦克斯韦方程组”也借用了许多流体力学中的数学。也就是说,他用看得见摸得着的液体为模型,来描述看不见摸不着的“电磁场”。
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1700722948 然而,更有趣的是,从麦克斯韦方程组中可以推出,在这种看不见摸不着像幽灵一样的“电磁场”(electromagnetic field)中,也有像水波一样的东西。也就是说,麦克斯韦方程组预言了“电磁波”(electromagnetic wave)的存在,或者说:预言了“幽灵波”的存在。如果我们退回一百五十年想一想,当时的这种预言简直是痴人说梦,完全是天方夜谭。
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1700722950 但最有趣的是,根据麦克斯韦的预言,意大利的工程师马可尼(Guglielmo Marcoin, 1874—1937)真的用这种“幽灵波”作媒介,在1901年发明了世界上的第一台电报机。这当然是“电磁波”存在的有力证据,也是电磁波通信的开端。为此,马可尼获得了1909年的诺贝尔奖。
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1700722952 时间过得真快,100年后的今天,人们的生活已经离不开电磁波了,我们已经无法想象,一个没有手机、没有电视,也没有收音机的社会是怎样生活的。然而,人们也真是够健忘的,只不过短短的100年,人们就把这两千年来一直猜不透的“幽灵”忘记得干干净净,根本就忘记了电磁波的“幽灵”本性。
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1700722954 另一个看不见摸不着的“幽灵”,就是那个我们称为“万有引力”的东西,也有过一段漫长而相似的发现历史。“万有引力”的发现也要追溯到著名的波兰天文学家哥白尼(Nicolaus Copernicus,1473—1543)。他是第一个指出地球是绕着太阳转的,就如我们用绳子拴一块石头,使劲让石头围着手转圆圈一样。
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1700722956 后来,德国的天文学家开普勒(John Kepler, 1571—1630),根据他老师第谷(Brahe Tycho, 1546—1601)近四十年所积累的大量实验数据,更精确地计算出了地球以及其他行星的运动轨道,发现它们的轨道并不是像围着手转的石头那样是正圆形的,而是椭圆形的,太阳就位于椭圆形的两个焦点中的其中一个之中。
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1700722958 然而,无论是哥白尼还是开普勒,都没有提到,当地球绕着太阳转时,是什么“绳子”把地球系在太阳上。我们都知道,当我们用绳子拴一块石头,并使劲让石头围着手转圆圈时,忽然绳子断了,那么石头就会飞走。同样地,如果没有这样一根绳子系在地球和太阳之间,那么地球也早就飞掉了。
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1700722960 为此,英国物理学家牛顿(Isaac Newton,1642—1727)提出了一个大胆的假说,认为在地球和太阳之间有一根看不见摸不着的“绳子”,就像幽灵一样,把地球系在太阳上,不至于逃掉。他把这根幽灵一样的“绳子”称为“万有引力”。这个“幽灵”倒确实“万有”,因为它无处不在,当你没有把玻璃杯拿牢时,这个调皮的小妖精马上就把杯子拉到地上去摔破。然而,要没有这一位“幽灵”的存在,我们就更惨了,就像太空站的宇航员一样,站也站不住,坐也坐不稳,睡也睡不好,真正是“坐立不安”了。
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1700722962 说实在,目前科学家对“万有引力”的认识还远不如电磁场。虽然我们可以精确地测量万有引力,但是对“引力波”(gravitational wave)的预言,至今还没有完全被实验证实,当然更谈不上“引力波”的应用了。然而,正因为“万有引力”的无所不在,以及人类生活对万有引力的高度依赖,科学家还是把这种“幽灵”作为科学的基础之一,像汤姆生勋爵这样对“万有引力”抱完全否定态度的科学家,毕竟还是极少数。
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1700722964 物理学家研究看不见摸不着的原子
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1700722966 在我们这个时代,每一个受过教育的人都深信原子的客观存在。不过,谁也没有用自己的眼睛看到过原子。同样地,如果我们真的有勇气说真话,我们不能不老实承认,在原子这个世界中,我们所有的人也都是“盲人”。
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1700722968 所以,我们对原子的认识,也就与盲人世界中的科学家面对大象一样,几乎一点都不差。原子物理学的奠基人之一,德国物理学家海森堡(Werner Heisenberg, 1901—1976),说过一段很深刻的话:“我们所观察到的,其实并不是大自然本身,而只是大自然对我们所提问题的一种反应。”
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1700722970 事实上,“原子”这个东西也只是大自然对我们所提问题的一种反应,并不是大自然本身。最初,“原子”这个概念只不过来源于一段聊天,并且好像是非常没有实际意义的聊天,因为这是两个哲学家之间的聊天。这事发生在地中海边一个长满棕榈树和橄榄树的美丽海滩上,树下坐着两位古希腊的哲学家:一位叫德谟克利特(Democritus公元前460—公元前362),另一位叫留基伯(Leukipp)。
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