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1700960931 “太稀罕了!”他的朋友连忙跑到车库中,但没有看见龙,“龙在哪里?”
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1700960933 “哦,”萨根说,“我忘了说明,这是一条隐身的龙。”
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1700960935 朋友有些狐疑,不过他建议,可以撒一些粉末在地上,看看龙的爪印是不是会出现。但是萨根又声称,这龙是飘在空中的。
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1700960937 “那既然这条龙在喷火,我们用红外线检测仪做一个热扫描?”
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1700960939 “也不行。”萨根说,“隐形的火也没有温度。”
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1700960941 “要么对这条龙喷漆让它现形?”“这条龙是非物质的,滑不溜手,油漆无处可粘。”
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1700960943 反正没有一种物理方法可以检测到这条龙的存在。萨根最后问:“这样一条看不见、摸不着,没有实体的,飘在空中喷着没有热度的火的龙,一条任何仪器都无法探测的龙,和‘根本没有龙’又有什么差别呢?”
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1700960945 现在,玻尔和海森堡也以这种苛刻的怀疑主义态度去对待物理量。不确定性原理说,不可能同时测准电子的动量p和位置q,任何精密的仪器也不行。许多人或许会认为,好吧,就算这是理论上的限制,和我们实验的笨拙无关,我们仍然可以安慰自己,说一个电子“实际上”是同时具有准确的位置和动量的,只不过我们出于某种限制无法得知罢了。
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1700960947 但哥本哈根派开始严厉地打击这种观点:一个具有准确p和q的经典电子?这恐怕是自欺欺人吧。有任何仪器可以探测到这样的一个电子吗?―没有,理论上也不可能有。那么,同样道理,一个在臆想的世界中生存的,完全探测不到的电子,和根本没有这样一个电子又有什么区别呢?
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1700960949 事实上,同时具有p和q的电子是不存在的!p和q也像波和微粒一样,在不确定性原理和互补原理的统治下以一种此消彼长的方式生存。对于一些测量手段来说,电子呈现出一个准确的p,对于另一些测量手段来说,电子呈现出准确的q。我们能够测量到的电子才是唯一的实在,这后面不存在一个“客观”的,或者“实际上”的电子!
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1700960951 换言之,不存在一个客观的、绝对的世界。唯一存在的,就是我们能够观测到的世界。物理学的全部意义,不在于它能够揭示出自然“是什么”,而在于它能够明确,关于自然我们能“说什么”。没有一个脱离于观测而存在的“绝对自然”,只有我们和那些复杂的测量关系,熙熙攘攘纵横交错,构成了这个令人心醉的宇宙的全部。测量是新物理学的核心,测量行为创造了整个世界。
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1700960953 饭后闲话:奥卡姆剃刀
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1700960955 同时具有p和q的电子是不存在的。有人或许感到不理解,探测不到的就不是实在吗?
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1700960957 我们来问自己,“这个世界究竟是什么”和“我们在最大程度上能够探测到这个世界是什么”两个命题,其实质到底有多大的不同?我们探测能力所达的那个世界,是不是就是全部实在的世界?比如说,我们不管怎样,每次只能探测到电子是个粒子或者是个波,那么,是不是有一个“实在”的世界,在那里电子以波-粒子的奇妙方式共存,我们每次探测,只不过探测到了这个终极实在于我们感观中的一部分投影?同样,在这个“实在世界”中还有同时具备p和q的电子,只不过我们与它缘悭一面,每次测量都只有半面之交,没法窥得它的真面目?
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1700960959 假设宇宙在创生初期膨胀得足够快,以致它的某些区域对我们来说是如此遥远,甚至从创生的一刹那以光速出发,至今也无法与它建立起任何沟通。宇宙年龄大概有138亿岁,任何信号传播最远的距离也不过138亿光年,那么,在距离我们138亿光年之外,有没有另一些“实在”的宇宙,虽然它们不可能和我们的宇宙之间有任何因果联系?
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1700960961 在那个实在世界里,是不是有我们看不见的喷火的龙,是不是有一匹具有“实在”颜色的马,而我们每次观察只不过是这种“实在颜色”的肤浅表现而已?我跟你争论说,地球“其实”是方的,只不过它在我们观察的时候,表现出球形而已。但是在那个“实在”世界里,它是方的,而这个实在世界我们是观察不到的,但不表明它不存在。
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1700960963 如果我们运用“奥卡姆剃刀原理”(Occam’s Razor),这些观测不到的“实在世界”全都是子虚乌有的,至少是无意义的。这个原理是14世纪的一个修道士威廉所创立的,奥卡姆是他出生的地方。这位奥卡姆的威廉还有一句名言,那是他对巴伐利亚的路易四世说的:“你用剑来保卫我,我用笔来保卫你。”
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1700960965 剃刀原理是说,当两种说法都能解释相同的事实时,应该相信假设少的那个。比如,地球“本来”是方的,但“观测时显现出圆形”,这和地球“本来就是圆的”说明的是同一件事。但前者引入了一个莫名其妙的不必要的假设,所以前者是胡说。再举个例子:“上帝存在”,“但上帝绝对无法被世人看见”是两个假设,而“上帝其实不存在,所以自然看不见”只用到了一个假设(“看不见”是“不存在”的自然推论),这两者说明的是同样的现象(没人在现实中看见过上帝),所以在没有更多证据的情况下我们最好还是倾向于后者。
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1700960967 回到量子世界中:“电子本来有准确的p和q,但是观测时只有1个能显示”,这和“只存在具有p或者具有q的电子”说明的也是同一回事,但前者多了一个假设。根据剃刀原理,我们应当相信后者。实际上,“存在,但绝对观测不到”之类的论断都是毫无意义的,因为这和“不存在”根本就是一码事,无法区分开来。
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1700960969 同样道理,没有粒子-波混合的电子,没有看不见的喷火的龙,没有“绝对颜色”的马,没有138亿光年外的宇宙(“138亿光年”这个距离称作“视界”),没有隔着1厘米四维尺度观察我们的四维人,没有绝对的外部世界。史蒂芬·霍金在《时间简史》中说:“我们仍然可以想象,对于一些超自然的生物,存在一组完全地决定事件的定律,它们能够观测宇宙现在的状态而不必干扰它。然而,我们人类对于这样的宇宙模型并没有太大的兴趣。看来,最好是采用奥卡姆剃刀原理,将理论中不能被观测到的所有特征都割除掉。”
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1700960971 坚持这种实证主义,是现代科学区别于玄学、宗教最大的特征之一,说白了,就是要求“可检验”。如果一个理论空有奇思妙想,却无法提供可检验的证据,和“不存在”无法区别开来,那么这个理论就无意义。如果你立志要做一个拥有科学精神的人,请时时记住“奥卡姆剃刀”这个原则吧。
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1700960973 上帝掷骰子吗?:量子物理史话(升级版) [:1700958632]
1700960974 Part. 5
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1700960976 正如我们的史话在前面一再提醒各位的那样,量子论革命的破坏力是相当惊人的。在概率解释、不确定性原理和互补原理这三大核心原理中,前两者摧毁了经典世界的(严格)因果性,互补原理和不确定性原理又合力捣毁了世界的(绝对)客观性。新的量子图景展现出一个前所未有的世界,它是如此奇特,难以想象,和人们的日常生活格格不入,甚至违背我们的理性本身。但是,它却能够解释量子世界一切不可思议的现象。这种主流解释被称为量子论的“哥本哈根”解释,它是由以玻尔为首的一帮科学家提出的,他们大多数曾在哥本哈根工作过,许多是量子论本身的创立者。哥本哈根派的人物除了玻尔,自然还有海森堡、波恩、泡利、克喇默斯、约尔当,也包括后来的魏扎克、罗森菲尔德和盖莫夫等。当然,实际上在现实中并没有一个正式的党派叫作“哥本哈根派”,更没有“入党”的程序,所以并非一定要到过哥本哈根才有资格跻身其列。粗略地说,任何人只要赞同玻尔的“哥本哈根解释”,就可以归为哥本哈根派的成员。而所谓的哥本哈根解释一直被当作量子论的“正统”,至今仍被写进各种教科书中。
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1700960978 当然,因为它太过奇特,太令常人困惑,近百年来没有一天它不受到来自各方面的质疑、指责、攻击。也有一些别的解释被纷纷提出,这里面包括隐变量理论、多宇宙解释、系综解释、自发定域(Spontaneous Localization)、退相干历史(Decoherent Histories)……我们的史话以后会逐一地去看看这些理论,但是公平地说,至今没有一个理论能取代哥本哈根解释的地位,也没有人能证明哥本哈根解释实际上“错了”(多数人只是争辩说它“不完备”)。在主流的量子力学教科书上,哥本哈根解释仍然牢牢地占据着自己的地位,因此,我们的史话也仍将以哥本哈根解释为主线来叙述。当然,对于读者来说,你大可以自行判断,并得出属于自己的独特看法。
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