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学生:我将这个硬币投掷了1000次。您记得吗,您告诉我们得到字面的概率是1/2。我想这意味着,如果我投掷1000次,那么应该得到500次字面。但结果并非如此,我得到了513次。这是怎么回事呢?
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教授:是啊,这是由于你忘记了误差范围。如果你将硬币投掷一定次数,那么误差范围大约是投掷次数的平方根。投掷1000次的误差范围大约是30,因此你的结果在误差范围之内。
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学生:哎呀,我现在懂了。每当我投掷1000次时,得到字面的次数总是位于470~530之间,每一次都是!噢,那么我现在可以依靠这个事实了。
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教授:不,不!它仅仅意味着你很可能会得到470~530之间的某个数。
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学生:您指的是我可以得到200次字面吗?或者是850次字面吗?甚至全部都是字面呢?
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教授:可能性很小。
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学生:可能问题在于我的投掷次数不是足够的多。我应该回去尝试1 000 000次吗?情况会好一些吗?
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教授:很可能。
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学生:噢,教授,赶快告诉我可以信赖的一些东西。您尽是用可能性来告诉我可能意味着什么。能否不用“可能”这个词来告诉我可能性究竟是什么意思。
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教授:嗯。下述的讲法可能比较好:这意味着如果答案落在误差范围之外,我会感到吃惊。
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学生:上帝呀!您指的是您教授给我们的所有有关统计力学、量子力学和数学概率论,所有这一切都意味着,如果它失效,您只是个人感到吃惊吗?
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教授:噢,嗯……
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如果我投掷100万次硬币,我可以确信我不会得到所有的字面。我不是一个赌徒,但我如此肯定,以至于我可以用我的生命和灵魂来打赌。我全部豁出去了,以一年的薪水来打赌。我完全肯定概率论中的大数定律不会失效,使我抵御风险。所有科学都基于它。但是我无法证明它,也不是真正地知道它为什么有效。这可能是爱因斯坦为什么说“上帝不掷骰子”的原因,而且很可能是。
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我时常听物理学家们声称爱因斯坦不懂量子力学,因此为朴实的经典理论耗费时间,我非常怀疑这是真的。他反对量子力学的论点是极其奥妙的,他的那篇论文是物理学中最深刻的、引用达到最高的论文之一。[49]我猜想爱因斯坦所具有的某种不安,正是困扰那个反应迟钝的学生之处。难道对于真实性的终极理论,我们就没有比对实验结果的惊讶度更为具体的东西了吗?
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我向你们展示了量子力学对仅有经典装备的大脑所产生的某些似非而是、几乎无逻辑的东西,不过我猜想你并不为此而完全满意。事实上,我希望你们不满意。一个实际的补救方法是沉浸在一本好的量子力学教材当中去几个月,并认真演算。只有非同寻常的怪才,或者是在一个极其特殊的家庭中长大的人,才能自然地具有新装备来理解量子力学。记住,连爱因斯坦最终也没能干扰克它。
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第5章 更好的码尺
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有一天在斯坦福大学的食堂里,我发现我教授的“医学预科”物理班的许多学生围在一张桌子上学习。我问道:“伙计们,你们正在学习什么呢?”他们的回答让我大吃一惊。原来他们正在背诵教科书封面上的常数表,背到最后一位小数点。[50]这个表包括如下的常数,除此之外还有其他二十几个。
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h(普朗克常数)=6.626 068×10-34米2·千克/秒
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阿伏伽德罗常数=6.0 221 415×1023
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电子电荷=1.60 217 646×10-19库仑
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c(光速)=299 792 458米/秒
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质子的直径=1.724×10-15米
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G(牛顿常数)=6.6742×10-11米3·秒-2·千克-1
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医学预科生在他们的其他科学课上,一直在训练记忆大量的材料。他们都是很好的物理学生,却常常试图用学习生理学的方法来学习物理学。事实是物理学的记忆任务是非常少的。我怀疑许多物理学家能否粗略地说出这些常数值呢?
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