《世界观》精华解读&听读书笔记(314/FD226)

爱我羊 2020年4月18日11:50:18
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《世界观》精华解读&听读书笔记(314/FD226)

【本书价值】

“如果你每天都读你看得懂的书,你就只知道已知的世界观”。不是世界变化太快,可能是你的世界观还没来得及刷新。所谓成长,就是用“世界观”升级认知。这是一本广受美国大学欢迎的人文通识读本,科学哲学和科学史的必备入门书。

本书纵论西方科学两千年,探索科学的起源和思维的本质。这是每一个现代人都需要阅读、了解的关于科学的历史和哲理,有助于读者构建正确的世界观。

【阅读收获】

建立新的认知体系,刷新已有的世界观

确立看待世界、知识学习的“底层逻辑”

掌握科学哲学和科学史的基本脉络

【金句精选】

1.有趣的是,事实和真理的定义往往依赖于彼此。

2.对于一个科学理论来说,不管有多少可以证明其正确性的证据,这个理论是错误的可能性始终存在。

3.如果我们信任彼此,那么我们的所作所为就会跟不信任彼此时完全不同。

4.我们的某些观点可能会以某种无聊的方式影响现实的某些方面。

5.生命如是之观,何等壮丽恢宏。

【作者简介】

[美]理查德·德威特

美国费尔菲尔德大学教授,除了研究科学史和科学哲学之外,他研究的领域还包括哲学思想、数学和哲学逻辑。他利用丰富的课堂教学经验对《世界观》一书的文稿进行反复打磨,并配以丰富的图表补充说明。同时,作者具有将复杂的技术概念分解成读者可理解的语言的独特能力,读来令人脑洞大开。

【精华解读】

以下内容为《世界观》一书精华解读,供广大书友们学习参考,欢迎分享,未经允许不可用作商业用途。
【目录】

一、认识世界观

二、世界观的基础命题

三、从亚里士多德世界观到牛顿世界观的转变

四、相对论和量子理论

【正文】

一、认识世界观

什么叫作“世界观”?“世界观”这个概念常常作为“三观”之一出现,但是很少有人能说清楚它到底是什么。在本书中,作者给出了他的定义:“世界观”指的是一个观点体系,其中不同观点如同拼图的一块块拼板一样,相互联结。也就是说,世界观并不仅仅是一些分离、独立、不相关的观点的集合,而是一个不同观点相互交织、相互关联、相互联结的体系。

比如亚里士多德世界观,它是公元前300年到公元1600年间占统治地位的观点体系,它并不是亚里士多德个人的观点,只是在很大程度上以亚里士多德的观点为基础。

《世界观》精华解读&听读书笔记(314/FD226)

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亚里士多德世界观拼图

那么亚里士多德的观点是怎样的呢?比如,他认为地球位于宇宙中心,是静止的;月亮、其他行星和太阳围绕地球运行,大约每24小时运行一圈;地球和月球之间的区域叫作月下区,由四种元素组成,即土、水、气和火;月亮以外的区域叫作月上区,该区域的物质由第五种元素“以太”构成,“以太”有一种进行圆周运动的天然趋势……

亚里士多德世界观统治了西方世界1900年左右的时间,直到被牛顿世界观颠覆和取代。牛顿世界观认为,地球围绕自身轴线旋转,大约每24小时旋转一周;地球和行星沿椭圆形轨道围绕太阳运转;宇宙中基本元素的种类略多于100种;一个正在运动的物体趋向于保持运动状态,这一规律同样适用于行星和恒星这一类的物体……

牛顿世界观中的多数观点到现在依旧适用,不过近代相对论和量子力学的快速发展,正在对牛顿世界观发起挑战。世界观一直处在不断迭代和更新的发展过程中,现有的世界观也有可能会像亚里士多德世界观被颠覆那样成为过去。我们生活在一个有趣的时代。

二、世界观的基础命题

1.真理

每个人可能都信奉着一些所谓的真理,但是很少有人能够真正地了解什么是真理。关于真理的定义,其实有两种较为普世的说法。

(1)真理符合论

根据真理符合论,决定一个观点为真的因素是这个观点与现实相符合;决定一个观点为假的因素是这个观点没能与现实相符合。这里的现实指的是“真的”现实,这样的现实是完全客观的,独立于人的观点的。

举个例子,如果“地球围绕太阳运转”这个观点为真,那么决定其为真的因素一定是这个观点与事物真实的情况相符合,也就是地球是真的在围绕太阳运转。(不过直到现在,我们都没有地球围绕太阳运转的直接证据。)

那么,如何判断我们眼中看到的事物一定是客观的呢?作者提出了一个困惑,所有人在观察世界的时候,其实都无法跳出自己的意识。也就是说,我们根本没有办法评估感官给我们提供的表征是否准确,或者换句话说,我们没有办法确定真正的现实到底是什么样子的。

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(2)真理融贯论

根据真理融贯论,决定一个观点为真的因素是这个观点与其他观点连贯一致,或紧密结合。那么上述所说的“其他观点”都是什么观点呢?根据观点来源的不同,真理融贯论又分为至少三种类型:个人主义融贯论、团体融贯论和以科学为基础的融贯论。

a.个人主义融贯论

对于个人来说,如果一个观点能够与自己的其他观点相一致,那么这个观点对于这个人来说就是真的。比如,假如史蒂夫认为“月球上有人居住”这个观点是真的,那么在个人主义融贯论的体系里,任何人都无法说服史蒂夫相信月球上无人居住。总之,个人主义融贯论其实是一种“一切皆有可能”的相对主义。

b.团体融贯论

根据团体融贯论,如果一个观点可以与某一群体整体的观点集合拼合在一起,那么这个观点就是真的。但是这种观点的问题在于,群体秉持的观点也有可能是错误的,并且没有办法明确哪些人算是群体的一份子。

c.以科学为基础的融贯论

如果一个与科学相关的观点可以与部分科学家这个群体的观点集合拼合在一起,那么这个观点就是真的。以科学为基础的融贯论其实也是一种团体融贯论。

所以,真理融贯论可能会因为不同种类的存在而出现巨大的差异。在过去的几千年里,人们一直都在对真理进行讨论,但始终没有达成共识。

2.经验事实和哲学性/概念性事实

(1)经验事实

以观察为基础的事实,通常被称为经验事实。假如书桌上有一支铅笔,那么“在你的面前有一支铅笔”就是一个明确的经验事实。

(2)哲学性/概念性事实

依赖于人们对自己所处的世界的一些哲学性/概念性的判断,这种事实被称为哲学性/概念性事实。假如你看到上述那支铅笔被人放进了抽屉里,你会认为“抽屉里有一支铅笔”,虽然你并没有直接看到铅笔在抽屉里。这个判断就来自于我们看待世界的方式。(看法B)

经验事实和哲学性/概念性事实往往是交织在一起的,我们很难将某些观点简单地归为哪一类。举个例子,在亚里士多德的时代,人们通过观察得出一些经验事实,比如某些恒星看起来像是沿着正圆轨道做匀速运动,在这些经验事实的基础上,人们得出相应的哲学性/概念性事实——恒星沿着正圆轨道做匀速运动。

虽然现在看到“正圆轨道”和“匀速运动”理论,我们会觉得不可思议,但是这确实是当时比较显而易见的结论。因此,我们知道“显而易见”可能是一个思维的陷阱。同时,不要错误地认为生活在现在这个有现代科学的时代,我们就已经逃脱了相信哲学性/概念性事实的陷阱。

3.证实推理和不证实推理

大约在100年前,爱因斯坦提出了相对论,这个理论在当时引起了巨大的争议。爱因斯坦在其理论中曾预言大型物体,如太阳,其引力效应将会使恒星光线弯曲。后来,在1919年5月的日全食中,研究者经过观测发现光线确实如爱因斯坦所预言的弯曲了。这个观测结果成为支持爱因斯坦相对论的一个重要证据,这其实就是一种证实推理。

作者给出了一个示意图来表现证实推理过程:

如果T,那么得出O

O(O是正确的)

所以 T(非常有可能是正确的)

证实推理是一种归纳推理。归纳推理的特点是,在一个归纳推理过程中,即使所有前提条件都是真的,所得到的结论也有可能是错的。因此,对于一个科学理论来说,不管有多少可以证明其正确性的证据,这个理论是错误的这种可能性始终存在。

关于不证实推理,作者同样给出了一个示意图:

如果T,那么得出O

O是不正确的

所以 T是不正确的

不证实推理是一种演绎推理。演绎推理的特点是,在一个演绎推理过程中,真的前提条件就保证了真的结论。比如,苏格拉底有一个著名的三段论:人都会死,苏格拉底是人,所以苏格拉会死,这是一个正确的推理。无独有偶,相传柏拉图也曾经说过,无毛的两腿动物是人。他的学生听到后,就把一只鸡捉来,将毛拔光,根据柏拉图的定义,那么被拔了毛的鸡也是人。显然,这个推理是错误的,因为大前提错了。

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但是,通常不证实推理会涉及大量辅助假设,因此,通过不证实推理得出的证据只能表明要么是使用的理论不正确,要么就是一个或几个辅助假设不正确。

关于不证实推理,作者给出了一个更为准确的示意图:

如果T,且A₁,A₂,A₃…,An,那么O

O是不正确的

所以 T是不正确的,或者A₁是不正确的,或者A₂是不正确的,或者A₃是不正确的…或者An是不正确的。

比如,研究人员将酒精放入烧杯加热,如果研究人员观测到样本在达到酒精沸点时并没有沸腾,那么我们可以得出结论,要么样本不是乙醇,要么温度计坏了,或者样本受到了污染,或者实验室里的气压不正常等等。

4.证伪主义和可证伪性

卡尔·波普是证伪主义最著名的支持者,他认为证伪是科学的一个关键元素,也是区分科学理论与非科学理论的关键前提。波普认为,科学强调的应该是尝试对理论进行反驳,而不是证实理论。如同上述证实推理中探讨的那样,对于任何一个科学理论来说,不管有多少证明其正确性的证据,该理论都有错误的可能。

从某个意义上说,对于波普而言,一个理论所冒的风险越大,它的科学性就越强,比如爱因斯坦的相对论。

那么,我们如何知道一个理论是否具备可证伪性呢?作者认为,可证伪性其实是一个非常微妙和复杂的命题,因为我们无法确定什么样的证据才算是有意义的证据。当你试图论证一个理论是否具备可证伪性的时候,不可避免地会加入你自己的观点体系,最后出现的结果可能是这两个观点体系谁也说服不了谁。

所以,作者认为,可证伪性是对某个理论所秉持的态度,而不是这个理论本身的一个特点,正是这个态度决定了我们认为该理论是可证伪的还是不可证伪的。(看法B)

5.工具主义和现实主义

对于工具主义者来说,一个适当的理论可以给出预言和解释,至于这个理论是否反映或模拟现实世界,并不是一个重要的考量。而对现实主义者来说,事情恰恰相反,一个合理的理论必须不仅可以给出预言和解释,而且要反映现实事物的真实情况。

托勒密曾用周转圆研究火星的运动,如下图。在以地球为中心的宇宙中,火星围绕点A运行的圆形轨道就称为周转圆。

托勒密体系中火星的运动

对于工具主义者来说,周转圆是否真实存在并不重要,重要的是该理论能够预言和解释相关数据;而对于现实主义者来说,如果周转圆并不是真实存在的,那么托勒密的理论就不能被接受。

有趣的是,对待重力,提出该概念的牛顿本人是持工具主义的态度的。也就是说,他可以用自己的方程式来进行相关的预言,但是对于重力是否是一个“真实”的力,他本人是保持沉默的。

三、从亚里士多德世界观到牛顿世界观的转变

1.亚里士多德世界观

在西方世界,在大约公元前300年到公元1600年间,亚里士多德世界观是占主导地位的世界观。

以下为亚里士多德世界观中的几个主要观点:

(1)“地心说”:地球位于宇宙中心,是球形的。

(2)地月关系:月球离地球最近,月球与地球之间的区域为月下区,月球以上的区域为月上区,由元素以太构成。

(3)星星和太阳的顺序:首先是水星,然后是金星,接下来是太阳、火星、木星、土星以及所谓的恒星球面。

(4)宇宙:宇宙边缘就是恒星所在的球面,所有恒星与地球之间的距离都相等,且都镶嵌在一个球面上。球面以自身轴线为中心转动,转动一圈大约24小时。

(5)目的论和本质论:宇宙是有目的的,而且有本质存在。宇宙中每个基本元素的天然目标都是要到达其在宇宙中的天然位置,天然存在的物体都被认为有本质属性,而正是因为这些本质属性,物体才有了它们所表现出来的行为模式。比如土元素的天然趋势就是要位于宇宙中心,也就是地心说。

在将近2000年的时间里,亚里士多德世界观被接受为一种普遍观点,虽然随着时代的发展,该理论不断得到修正,但是其理论基础依旧是一个以地球为中心、有本质存在、有目的的宇宙。

2.天文学数据:经验事实

(1)恒星运动

被称为恒星的亮点以一种可预测的模式运动,而这个运动模式早在人类有记录的历史开始之前就已经被发现了。恒星运动似乎是以一种规律的模式,将近24小时重复一次。太阳相对地球东升西落,这决定了地球的昼夜变化;同时,它在地球边缘升起的位置每个季节都发生变化,这决定了地球的春分、夏至、秋分和冬至。

(2)月球的运动

比较明显的月球运动包括,月球大概每29天多会循环一次;相对恒星,它会向东偏移,但是偏移的速度比太阳快。

(3)行星的运动

在任何一个夜晚,我们称之为行星的一个亮点,与我们称之为恒星的一个亮点看起来并没有显著的不同,其在空中运行的方式也是相似的。所以,人们很难分辨恒星和行星。

然而我们的前人早就发现了夜空中有5个亮点跟其他上千个亮点都有所不同。这个不同点主要是基于这5个亮点的运动模式,但并不是它们在某一个夜晚的运动,而是经过许多夜晚形成的模式。

顺带提一句,我们通常认为存在9颗行星,但是直到18世纪,我们所能够看到的也就是金、木、水、火、土这5颗行星。

举个例子,如果你花上几个小时来观测木星,你会发现它随着恒星运动,而且通常看起来与恒星没有任何不同。然而如果你持续几天或者几个星期仔细观察木星,你就会注意到,与月球和太阳相似,木星与恒星的相对位置在不断地偏移。

同样值得提出的是,与恒星不同,行星的亮度变化很大。当金星肉眼可见的时候,总是看起来相当明亮,不过有些时候它会比其他时间更明亮,最明亮的时候,金星看起来像一架正在着陆的飞机上的着陆灯。

5颗肉眼可见的行星都会时常出现亮度上的明显变化,实际情况还要比这更复杂一些。比如,行星会做一种“反方向偏移运动”,也叫作“逆行运动”。所有的行星都有逆行运动,尽管逆行的间隔并不完全相同。木星和土星大约一年有一次逆行,火星大约每两年有一次逆行,金星大约每一年半有一次,而水星大约一年有三次逆行。

相信很多人可能会对夜空感兴趣,尤其是孩子。那么怎么通过肉眼观测到金星呢?作者在书中提到,根据金星和太阳的位置关系的变化,你可以在太阳快要升起,或刚落下后的几个小时内看到它。

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3.天文学数据:哲学性/概念性事实

在亚里士多德世界观体系下,“天空是一个完美的地方”的观点,为人们提供了一种方法来解释天体如何保持运动。与该观点形影不离的是,“天体一定是沿正圆轨道做匀速运动”。久而久之,行星沿正圆轨道进行匀速运动似乎变成了一个常识。现在我们回过头发现,正圆事实和匀速运动根本不是一个事实,而是一个哲学性/概念性的事实,并且是错误的。

4.托勒密体系

托勒密在公元150年发表了《至大论》,他在书中提出了一整套的运动体系。托勒密体系很明确地尊重了正圆事实,因为托勒密所使用的方法全都是以“天体运动只沿正圆轨道进行”为基础的。

尽管托勒密体系也并不完美,而且错误很多,但是值得强调的是,在托勒密之前或之后的1400年内,没有其他关于宇宙结构的理论,在进行解释和预言方面达到与托勒密体系接近的程度。

在托勒密的体系里,火星沿一个点运转,也就是下图中的点A。火星运动轨迹形成的圆形,也就是以点A为圆心的一个小圆圈,被称为周转圆。

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托勒密体系对火星的研究

周转圆的圆心,也就是点A,沿一个半径更大、以点B为中心的圆圈运转。像这样半径更大的一个圆圈被称为均轮或偏心圆。

在上图中,位于中心位置的并不是地球,而是点B,但是请注意,地球确实是托勒密体系的中心。当点B刚好与地球中心重合的时候,那么这个以点B为中心的半径更大的圆圈就将被称为均轮。在另一种情况中,如果点B不是位于系统中心,那么这个更大的圆圈就将被称为偏心圆。

简言之,均轮和偏心圆的相同之处在于它们都是由周转圆运转轨道形成的半径更大的圆圈。可以认为偏心圆是圆心发生偏移的均轮。在这个周转圆里,可以经过计算找到一个点,如果火星周转圆圆心相对于这个点做匀速运动,那么这个点就被称为等距点。

周转圆-均轮系统非常灵活,因为只需要改变一下其中各组成部分的大小、运动速度和运动方向,就可以产生大量不同的运动。由于有高度的灵活性,所以周转圆-均轮系统非常有用。

5.哥白尼体系

托勒密理论大概延续了1400多年,接下来登场的是尼古拉·哥白尼。

哥白尼在16世纪初提出太阳是宇宙的中心,哥白尼体系跟托勒密体系在很多方面其实是相似的,但是其中地球和太阳的位置发生了对调。哥白尼认为所有恒星与宇宙中心的距离是相等的,也都镶嵌在所谓的恒星球面上。

与在托勒密体系中一样,这个恒星球面就是宇宙最远的边界。哥白尼的宇宙比托勒密的宇宙要大。哥白尼体系也运用了周转圆、均轮和偏心圆,并且同样地,哥白尼也尊重正圆轨道和匀速运动的事实。

哥白尼绕过了托勒密体系里的等距点的概念,直接明确地尊重了匀速运动事实,而且对逆行运动、多颗行星的不同亮度与它们逆行运动时间点之间的相关关联,以及金星、水星总是出现在距离太阳不远处的事实,作出了更加直接明确的解释。

哥白尼为什么会提出日心说呢?据说,和一个叫作新柏拉图主义的哲学流派有关。新柏拉图主义认为,太阳是至善的,太阳变成了“上帝”的代表。那么,对于相信新柏拉图主义观点的哥白尼来说,太阳理应位于宇宙的中心。

6.第谷体系

第谷·布拉赫是16世纪下半叶备受尊敬的一位天文学家,他的主要贡献是发展出了现在被称为第谷体系的天文学体系,并且在几十年间给出了非常精确的经验性观察结果。

第谷凭借自己的能力发展出了一个体系,其中既包括了大多数哥白尼体系的优势,又保留了“地球是宇宙中心”的观点。根据第谷体系,地球是宇宙的中心,恒星球面同样被定义为宇宙的边界。月球和太阳绕着地球运转,但行星围绕太阳转动。

7.开普勒体系

第谷去世后,开普勒获得了第谷积累的部分关键数据,在此基础上,他经过异常努力的研究,终于做出了两大关键性创新——椭圆轨道和变速运动。

根据开普勒体系,行星围绕太阳沿椭圆形轨道运转,太阳占据椭圆轨道两个焦点之一的位置,这个理论通常被称为开普勒行星运动第一定律。

开普勒的另一个主要创新是让行星在沿其轨道围绕太阳运动的过程中进行变速运动。更具体地说,如果以行星为起点画一条直线,和太阳连起来,这条直线在相等的时间内扫过的面积相同。这个对行星运动速度的描述被称为开普勒运动第二定律。

终于,在17世纪中期,关于匀速、沿正圆轨道运动的哲学性/概念性“事实”不再被当作事实了。

8.伽利略体系

在从地心说观点向日心说观点转变的过程中,另一个发挥了核心作用的人物就是伽利略。

伽利略是第一批将望远镜用于天文学观察的人之一,通过使用望远镜,他发现了有趣的新数据,这些数据对地心说和日心说支持者之间的争论产生了极大的影响。以下是伽利略的一些发现:

(1)月球上的山峰

伽利略所观察到的月球地表特征包括山峰、平原以及我们现在所说的月坑。这与亚里士多德世界观中的“天空中的物体都由以太组成”的观点矛盾。但是这并不足以撼动亚里士多德世界观的地位,毕竟,关于月球的观点并不是亚里士多德世界观中的核心观点。

(2)太阳黑子

伽利略同样是第一批用望远镜观察太阳黑子的人之一。利用观察所得的结果,伽利略令人相信,太阳黑子一定是太阳表面本身就有的区域,而不是其他什么图像。因此,月上区肯定不像亚里士多德世界观所认为的那样,是一个完美区域。于是,亚里士多德世界观又多了一个小瑕疵。

(3)土星的光环或耳朵

伽利略是第一个观察到土星有时会有边缘凸出现象的人,这个凸出的边缘看起来就像把手或耳朵。这个数据再次挑战了亚里士多德世界观,因为由所谓的“以太”组成的行星并不一定是正球体,月亮和太阳也不是。

(4)木星的卫星

伽利略观察到有四个小亮点围绕在木星周围运转,他正确地推断出这四个小亮点是围绕木星运转的卫星。根据亚里士多德世界观,特别是在托勒密体系中,地球是宇宙中所有圆周运动唯一的中心。显然,木星卫星的发现,再次让亚里士多德世界观蒙上了一层阴影。

(5)金星相位

所谓金星相位,意思是金星不仅会经历周期性的相位变化,而且它的大小也会根据所处的相位发生变化。这也是伽利略通过望远镜观测到的结果。

而且伽利略还发现,除了肉眼可见的恒星,还存在其他无数恒星。这至少意味着,宇宙很可能比之前猜想的大得多,甚至有可能是无限大的,其中包括无限多的恒星。

1632年,伽利略出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》一书,这本书内容丰富,对支持和反对地心说体系和日心说体系的论据都分别进行了讨论。这本书并没有得到教会的接受,因为在当时,仅对日心说体系进行讨论并没有被教会禁止,被禁止的只是支持这个观点就是现实的做法。伽利略恰恰触犯了教会的禁忌。

最后伽利略被裁定为有持异教思想的嫌疑,被判终身监禁,同时还被要求正式宣布“日心说”的观点是假的。最后,伽利略在家中度过了余生,于1642年逝世。

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9.牛顿世界观

仿佛是某种“轮回”,在伽利略逝世后的第一年,牛顿就出生了。17世纪是个充满变革的时代,新科学开始出现并快速发展,这是很多研究人员共同努力的结果。然而集大成者是牛顿,他在1687年发表了《自然哲学的数学原理》,简称《原理》。《原理》展示了一种新的物理学,建立了一个新的观点拼图,一个代替了亚里士多德世界观的观点拼图——牛顿世界观。

在牛顿世界观中,宇宙被认为是广阔的,甚至可能是无限大的,太阳只是太阳系的中心,行星围绕太阳运动;物体运转模式的形成原因不再是其内在本质,相反,物体是在外力的影响下而形成其运转模式;宇宙一天天保持运转,就像钟表每天滴答滴答不停地走。

(1)牛顿三大定律

牛顿第一定律,也就是我们常说的惯性定律:任何物体在不受任何外力的作用下,总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到外力迫使它改变这种状态。

牛顿第二定律:物体运动的改变与其所受作用力成正比,而且与其所受作用力的方向成一条直线。这条定律通常被归纳为F=ma,即物体所受作用力等于质量乘以加速度。

牛顿第三定律:对任何作用力,总会存在一个方向相反、大小相等的反作用力。

(2)万有引力定律

万有引力通常被表述为任意两个物体之间的相互吸引力,两个物体之间的万有引力作用与物体的质量成正比。物体质量越大,万有引力作用越强。牛顿还在《原理》第三卷中提出,重力普遍存在于一切物体中。不过,牛顿通常声称自己是用工具主义的态度来看待重力的。

与亚里士多德世界观一样,牛顿世界观也不是一系列静止的观点。在17世纪以后的几个世纪里,牛顿世界观得到了发展和修正,但尽管如此,这个世界观的核心元素依旧保持不变。

在化学领域,安东尼·拉瓦锡运用定量研究方法进行化学研究,很快这种研究方法成为当时学界的主流。同样运用此方法,约翰·道尔顿构建了他的原子理论,这是一个基本都在牛顿科学体系内的理论。在整个19世纪以及20世纪初,通过运用牛顿方法,化学研究取得了卓越成果。

在生物学领域,人们发现有关神经的一些现象其实是一种电学现象,引起这种现象的物理、化学过程与生物学之外的物理、化学过程都是相同种类的。生物学的这个领域可以与牛顿世界观对物理、化学过程中的机械论拼合在一起。

同样地,牛顿的基础数学定量方法也被用于电磁学研究上,法拉第和麦克斯韦的研究成果都一定程度上得益于牛顿的基础数学定量方法。

以上只是牛顿体系下诸多科学领域的其中三个,许多其他科学领域都出现了令人印象深刻的成果和发现,牛顿世界观的影响普遍又深远。

(3)几朵小乌云

英国著名物理学家开尔文爵士在1900年发表了一段谈话,他指出,在现代科学本应晴朗的天空里,现在只剩下几朵“小乌云”了。其中有两朵最为重要,分别是迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射。

①迈克尔逊-莫雷实验

迈克尔逊和莫雷从一个定点发射出两道光,发出时的夹角是直角,这两道光分别通过与光源距离相等的两面镜子反射回来。如果牛顿体系内关于光传播的机械论观点是正确的,也就是光通过介质以太来传播,那么光源和镜子应该在以太中运动。

尽管相对于光源,两道光传播的距离相等,但是由于光源和镜子同时在以太中运动,那么对于以太,两道光传播的距离是不相等的,因此我们预计可以看到两道光回到光源处会有微小的时间差。然而与预期的相反,两道光总是在相同的时间点回到光源处。

由于牛顿科学体系非常成功,因此科学家认为如果因为这个实验结果而放弃牛顿科学体系的观点,将是非常不明智的,所以把它当作了无足轻重的小乌云。

②黑体辐射

黑体指的是一个理想化的物体,可以吸收所有指向它的电磁辐射。举个例子,光是电磁辐射的一种形式,所以,如果我们向一个黑体投射光线,黑体将吸收所有的光线,因而表现出黑暗的性质,所以才叫作黑体。

根据牛顿科学体系,一个受热的黑体,预计将以某种特定模式对外进行辐射。然而实际观察到的辐射模式,与根据牛顿科学体系预言的辐射模式有显著差异。

简单地说,当仅观察波长较长的辐射时,所观察到的辐射模式与预言的模式十分相近。但是到了短波时,观察到的辐射模式则与预言模式大相径庭。这个问题有时被称为“紫外灾难”。

与迈克尔逊-莫雷实验一样,黑体辐射问题后来被证明并不只是一朵小乌云。直到量子理论的出现,黑体辐射问题才被成功解释。

四、相对论和量子理论

1.狭义相对论和广义相对论

除了上述几朵小乌云之外,在大多数人的世界观里,空间和时间都是绝对的。这一切,在相对论中都有了不同的解释。阿尔伯特·爱因斯坦于1905年发表了狭义相对论,于1916年发表了广义相对论。下面是一些相对论常见的观点:

狭义相对论的基础是光速恒定原则和相对性原则,对于运动中的物体来说,空间和时间会发生一些让人惊讶的变化,如时间膨胀、长度收缩、同时性的相对性等等。

广义相对论的基础是广义协变性原理和等效原理。根据广义相对论,大质量物体的存在导致了时空曲率。不受任何力的作用的物体也会沿最短路线运动等等。这部分详见《爱因斯坦传》。

2.量子理论

量子理论实际上是一种“波”数学,应与“粒子”数学相区别。一种是涉及离散式物体(粒子)时所用到的,另一种是涉及波的情形的时候所用到的。举个例子,如果你把一个保龄球扔出去,保龄球这个物体会受到多重力的影响,这个情形的数学就是粒子数学。但是水波、光波、声波等各种涉及波的情形,就要用到量子数学。

那么,为什么说量子理论是很不寻常的理论呢?值得一提的是,量子理论数学给出的通常是概率性的预言,而不是确定的预言。举个例子,如果我们用量子理论数学来预言一个电子的位置,数学计算将会告诉我们在不同位置探测到这个电子的可能性。相比之下,如果是针对屋顶掉落的保龄球,数学计算将给我们一个确定的预言。这正是量子理论数学与其他理论的不同之处。

为了更好地理解量子理论,我们可以了解一下薛定谔的猫,薛定谔的猫是关于量子理论的一个思想实验。假设在一个密封的盒子里有一只猫,同时还有一个微弱的放射源。

具体来说,这个放射源在一小时内,释放出一粒放射性粒子的概率是50%。如果放射源释放了一粒放射性粒子,这个粒子将会触发一个探测器,而这个探测器在触发之后会打开一小瓶毒药,这种毒药可以毒死盒子里的猫。

量子力学告诉我们,存在一个中间态,猫既不死也不活,直到进行观察看看发生了什么。除非进行观测,否则一切都不是确定的,可这使微观不确定原理变成了宏观不确定原理,客观规律不以人的意志为转移,猫既活又死违背了逻辑思维。

关于进一步对薛定谔的猫的诠释,学界出现了很多观点,但是至今都没有达成共识。唯一有共识的是,人类才刚刚迈入量子理论的大门。

【结语】

通过对本书的学习,我们大致了解了自己生活在一个怎样的世界当中。从亚里士多德世界观到牛顿世界观,再到相对论和量子理论的发展,我们的世界观一直处于更新迭代的过程中。

过去秉持的观点,并不一定现在就是真的,现在的世界观也有可能会被未来的发现所颠覆。但是我们能够确定的是,我们生活在有趣的时代。

生命如是之观,何等壮丽恢宏,请继续做一株会思考的芦苇。

爱我羊
匿名

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