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不精确性和量子力学同样对信仰、真理和秩序的概念提出了质疑。它们暗示,世界的本质是概率性的,在其中,我们无法通过确定性来获得对事物的认知,而只能通过可能性来获取。不精确性消除了牛顿学说中,有关来自现实中潜在的时间和空间的要素。在量子世界中,力学仅被视为一种无任何因果性解释的概率而已。
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爱因斯坦否认时空的位置无法完全获知这一说法,也不同意量子概率不反映任何潜在原因这种表述。他并不排斥不精确性理论,而只是反对事出无因。在写给马克斯·博恩(Max Born)的信中,爱因斯坦那句名言说道:“不管怎样,我坚信上帝不掷骰子。”但如史蒂芬·霍金后来所说:“如果我是海森堡的话,我会说‘上帝不仅会掷骰子,而且有时,即使上帝掷了骰子,这些骰子也不会被看见。’”
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不精确性既隐晦又微妙,它通过这种特性渗透到不同的领域当中,如艺术理论、金融经济学甚至是流行文化中。在某个层面,海森堡的不确定性原理意指,度量某个事物的行为将会改变该事物在我们心中的原有认知。但从另外一个层面来看,在有意或无意当中,海森堡所指的某个事物,实际上是关于我们整个认知系统的本质:绝对真理的缺失和人类知识的局限。
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不精确性也与繁复多样的哲学体系有所关联。丹麦哲学家克尔凯郭尔把客观真理与主观真理进行了区分。客观真理被我们的主观真理所过滤和改变,这让我们想起海森堡不确定性原理的核心内容:观测者和被观测事物间的相互作用。
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不精确性与语言哲学也有着千丝万缕的联系。在《逻辑哲学论》(Tractatus Logico-Philosophicus)中,维特根斯坦预测到了不精确性,指出语言的结构提供了思想的界限,以及何谓意境深远。
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海森堡的个人生涯充满了争议,这也从另一个角度说明了不精确性的深层歧义。1941年第二次世界大战期间,海森堡和其以前的导师尼尔斯·玻尔,在当时被占领的丹麦相逢。玻尔的妻子,玛格丽特提了一个很重要的问题,在迈克尔·费雷恩(Michael Frayn)1998年的戏剧《哥本哈根》(Copenhagen)中,这个问题被反复争论:“为什么他(海森堡)要来哥本哈根?”这部戏剧重现了他们师生二人的三次会面,每一次会面的结果都各不相同。戏中的海森堡说道:“就算我一遍一遍反复解释,还是没人能理解我的哥本哈根之行。我告诉了玻尔,告诉了玛格丽特,告诉了审讯官和情报官们,告诉了记者和史学家们。我解释得越多,不确定性也就更多。”
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在保罗·狄拉克写于1930年的《量子力学原理》(The Principles of Quantum Mechanics)中,他把牛顿学说和量子学说进行了对比:“我们能够逐渐清晰地感受到,自然界有很多不同的运行法则。这些基本法则并非像我们的精神世界那样,以任何一种直接的方式来控制世界,相反,这些基本法则却控制着我们的精神基础,如果没有引进不相关性,我们人类则无法形成现在的认识系统。”
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在海森堡以及在其不确定性原理之前,曾存在过一个世界。在海森堡之后,也存在着另一个世界。它们其实是同一个世界,却截然不同、相距甚远。
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世界因何美妙而优雅地运行 31THE NEXT LEVEL OF FUNDAMENTAL MATTER基础物质的下一个层级?
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哈伊姆·哈拉里(Haim Harari)
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理论物理学家,魏茨曼科学研究所前主席,著有《来自暴风之眼的观察》(A View from the Eye of the Storm)。
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一 个科学概念或许优雅,或许正确。如若必须二选其一,那么我们则选择正确。如能二者兼具,则为上佳。
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情人眼里出“西施”,而“正确”则来自于科学和大自然通过对实验的结果所作出的终极判断。不同于一般的电视选秀比赛,“优雅”与“正确”不是通过大众票选或一帮只会讥讽嘲笑的评审们所决定的。但科学的概念是否优雅,则往往取决于提出的问题。
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万物均由6种夸克和6种轻子组成,它们具有看似随机却又无法阐释的质量,其质量范围横跨十个数量级。无人得知其中的原因,在这12种粒子中,相同的构建模式会重复3次。在特定情况下,其中一些物体,通过一种被称为无法解释的速率,“混合角”(mixing angles),实现相互转换。这些速率的20多个数值和质量看起来像是被大自然或是上帝武断地设定一样。这就是粒子物理标准模型为我们所阐释的原理。这原理优雅吗?看起来并非如此。
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然而,高山与蛇,海洋与垃圾,人类与电脑,汉堡与星辰,钻石与大象,以及整个宇宙中的万物,统统是由12种基本粒子构建而成,这样的事实的确让人感到震惊。而这也确实是同样的标准模型所给出的阐释。这样的阐释优雅吗?确实如此。
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我非常期待,大自然能够变得更加优雅。这12个粒子以及它们的反粒子电荷均为0,±1/3,±2/3和±1。每一个数值都恰好重复三次。
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迄今为止,仍然有许多问题并未得到令人满意的解释,如为什么基本粒子的电荷是电子电荷的1/3?为什么0和1之间的每个数值出现在列表上的次数是一样的?为什么它们的数量从未超过3个?为什么相同的模式会重复3次?为什么轻子的电荷永远都是整数,而夸克的电荷则是非整数?为什么夸克电荷和轻子电荷之间是单比的?
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蚊子、椅子和西红柿汁均为电中性的产物,这是因为质子电荷数和电子电荷数的大小有着无法求证的相等关系,由此使得原子呈现为中性。这其中的原因在于,夸克电荷与轻子电荷之间有着相当精准的单比。然而,为什么电子不具有,比如是质子电荷的0.8342倍那样的电荷呢?为什么这二者有着完全相同的电荷值呢?
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假如所有的夸克和轻子(由此推及宇宙中的万物)仅是由两个模块所构建而生成,一个是带有1/3电子电荷的模块,另一个是无电荷模块,那么,以上那些困惑已久的难题都将会得到完美的解答。所以,这3个基本物质的全部组合,或许能够精准地创建已知的夸克和轻子模式,并且可以帮助人们娴熟地解答以上那些疑问。尽管关于夸克和轻子的质量,以及转化率的问题依旧会让人感到匪夷所思,但如果我们把讨论转移到动力学层面,也就是将这两个更为基本的基础物质结合,使之转化为一种复合物,而非上帝所赐或是自然所赐的多达20多种的自由基础参数表中的一种,或许就能帮助我们更好地理解那些问题。
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此为优雅的理论吗?当然。那么正确与否呢?据我们所知,这未必正确。但你永远都无法证明粒子不是由更为基础的物质构建而成的。在不与任何现有数据相悖的情况下,未来这些更为基本的基础物质或许可见,尤其是在比我们目前所知的更小范围之内、更高的能量之下,抑或是遵循一套全新且怪异的基础物理规则的时候,就会出现一种更崭新的结构。如此简单的一个假设,需要解决层出不穷的难题,有一些难题得以迎刃而解,而有一些问题则会让人束手无策。对绝大多数的粒子物理学家而言,对这个简单的理论所持有的否定态度,其部分合乎情理的原因就在于此。
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我认为,创建整个宇宙是从两种构建模块(我称之为“里肖恩”,Rishons或基元)开始的想法,是对众多被观测到的事实的一种阐释,既优雅又动人。在《圣经》中的开篇就讲道:宇宙始于“无形和虚空”,或者用希伯来语表述就是“Tohu Vavohu”。对于这两种基础物质的表述,最为恰当的就是T和V,于是每种夸克和轻子都将包含3个基元,比如TTV或者TTT。这或许是个永恒优雅但错误的认识,或许在未来的某一天,继原子、轻子和夸克之后,它会成为物质结构所呈现的下一个层级。让我们问问大自然吧,只有她知晓什么是“优雅”和“正确”的,但她永远都是笑而不语。
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