《世界观》听读书笔记(314/FD226)

爱我羊 2023年1月3日15:53:35
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《世界观》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。

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【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】

正文部分请参阅:《世界观》精华解读&听读书笔记(314/FD226)

【思维导图】

《世界观》听读书笔记(314/FD226)

【演讲实录】

读完本文约需30分钟

各位好,我们今天是在上海外滩的樊登书店为大家讲解这本大部头的重要书籍,叫作《世界观》。

我们每个人整天都会讲,我刷新了三观,我的三观受到了挑战。那到底什么是真正的世界观呢?今天这本书能给我们揭晓出来。我为什么选择这本书给大家推荐?就是因为这是一本对提高全民科学素养非常重要的一本书。所以我们在一代一代地更新世界观的过程当中,更重要的事情是了解清楚,关于什么是科学、如何用科学的角度来看待整个世界的这些一系列的基础命题,我认为这是这本书的重头。

大家知道我们抬头看天上的星空的时候,我们能够看到的行星和恒星的比例大概是多少?因为我过去对于天文学真的知道得太少,比我儿子差很远。事实上我读完这本书我才知道,人的肉眼能够看到的行星其实只有五颗,就是我们说金、木、水、火、土这五颗是肉眼可以观测得到的,但是就是因为这五颗行星的运动轨迹跟周围的那些恒星不一样,然后就启发了包括亚里士多德、托勒密、哥白尼、第谷,然后一直到开普勒,最后到牛顿、爱因斯坦,人们就通过上帝所给出的这么一点点小小的线索,后来慢慢地挖掘出了整套的科学体系。整个人类的科学思想就是这样一步一个脚印地更迭到了今天这种状况。

这个令我们觉得特别壮阔和激动人心。因为我们每一个人从来都不生活在真实的世界里面,我们每个人都只生活在哲学家为我们打造的思想通道里边。就是你想想看,如果你是在两千年前,你一定会认为地球是不动的,我们是生活在一个不动的地球上,然后周围的一切都是围着我们转的。因为那是肉眼可见的,那是能够感知得到的。如果你说地球是动的,不要说多快吧,就是有人曾经验证过,地球如果是绕着太阳转的话,其他人反对他说,为什么?你算一下,你这转一圈那么快,你就算开个车你都会吹风吧,地球转那么快,为什么没有风迎面吹过来?你的帽子早就吹飞了。但是你丝毫就没有感觉。所以人们的感知和事实完全是两回事,这必须得通过建立科学认知的标准、体系和态度,我们才能够更加有可能接近真相。

那么,首先说什么叫作世界观。这本书里边给出一个非常清晰简洁的定义。它说如果要给出一个最简短的描述,我会说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连接。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、相互联系的体系。比如说,我们现代人会觉得很骄傲,我们觉得亚里士多德错得很离谱。但是实际上,如果你真的去了解亚里士多德的观点,你会发现亚里士多德的理论严丝合缝,就是他所有的逻辑都是自洽的。比如说,他认为整个世界分成了月上区和月下区,月上区是完美的世界,完美的世界组成的主要物质是以太。所有的恒星是怎么回事呢?恒星是镶嵌在宇宙的那个幕布上的东西,就是整个天上有一块大幕布,是宇宙的边际,然后所有的恒星都紧紧地贴在那个上面。像咱们想象瓷砖上面贴了一颗小星星一样,所以它是不动的。所以所有的对于世界的解释,亚里士多德是完全自洽的,这就是一个逻辑的拼图。因此你要想知道一个完整的世界观,你至少要解释所有你能够想到的这些矛盾,这就叫作拼图的功能。

亚里士多德的理论,提炼出来至少有14个观点,我们待会儿来一一揭晓亚里士多德这14个观点。从我们目前的状况来看,就算到了今天,我们也找不到地球绕着太阳转的直接证据。请注意,我说的是直接证据。有人说,我在太空上拍照片。首先,你在太空上就很难拍到这种照片,其次,就算你拍到了这样一个照片,你只能看到,地球和太阳之间的关系,但你没法证明是地球绕着太阳转,还是太阳绕着地球转。所以在科学的问题面前,我们能够做到的,就是尽量地去接近真相、尽量地去找到一些原理。

那这里边有几个非常重要的基础的理论我们要了解。首先,我们要知道真理和事实之间的循环论证的关系。比如说,有一棵树放在这儿,我问你如何知道这是一棵橡树?你有好几种回答的方法,你可以说,因为有一个园丁告诉我,它是一棵橡树。这是一个答案吧?或者说植物学家告诉我,这是一棵橡树,那上面贴了个牌子写着是橡树。这是一种论证的方法,他找到了很多共同点,我和园丁、我和植物学家的共同点。那从另外一个角度来看,如何知道它是一棵橡树?你得知道是什么决定了一棵树是橡树,一棵树是橡树的标准是什么。

所以这是两种完全不同的发现真理的方法,一个叫作真理符合论,一个叫作真理融贯论。真理符合论的定义是什么呢?概括地说根据真理符合论,决定一个真的观点为真的因素,是这个观点与现实相符合,决定一个假的观点为假的因素,是这个观点没能与现实相符合。所以我说是什么决定了一棵橡树是一棵橡树?把这些因素找出来,拿橡树来验证,这个方法叫真理符合论。但是那些园丁都说它是橡树,所以我认为它是橡树,这个叫作真理融贯论。

为什么叫融贯?融贯里边分为“个人融贯论”和“团队融贯论”。什么叫“个人融贯论”?有一个人认为月亮上有生物——这是书里边的一个案例——他说月亮上有生物,我们是拜那些神的。然后这时候,你拿出各种各样的科学证据向他证明说没有。他说你在骗我,他和自己的那套东西完全融贯,他自己完全相信月亮上有生物,所以你给他任何的科学证据来证明,他都认为你在骗我,你们这群人别有用心。他是自洽的,所以他个人融贯,他完全能够沉迷在这套理论当中去。我们生活中见过很多这种个人融贯的人。还有一种叫“团队融贯”。就是我们这个团队都是相信这个的,所以如果你不信的话,我不能理解,你怎么可能不信这个呢?原因就是我从小到大,我们周围的人都信。这个叫团队融贯论。

所以我们今天要追求的是什么?就是你得想办法问问自己,这是不是我的个人融贯?或者这个观点是不是只是因为我们的团队融贯?我们慢慢地要学会以科学为基础的融贯,也就是说你所提出的理论或者你所相信的理论,和其他科学验证的证据结果是能够相互融洽的,这个叫作以科学为基础的融贯论。

所以根据符合论的要求,如果你要证明一个东西,是用真理符合论的方法来证明。这里边有一个特别困难的前提,就是我们无法确定现实的样子。为什么无法确定现实的样子呢?大家看过的一部电影,那个电影叫《全面回忆》。《全面回忆》里边的那个人所处的所有环境是程序帮他设计好的,然后他的感知都是那么真切。但是对不起,这依然是一个程序设定的。

所以笛卡尔有一天就在那儿想,我生活的这个世界,到底什么是真的,什么是假的?他最后发现没有任何一个东西能够被确定地证明为是真,直到最后有一刻他说,我思故我在。就是你能够在这儿存在着思考,这件事情是你可以承认这是真的东西。然后以这个东西为顶点——这是唯一的一个可以知道的事实的顶点,然后我们从这个顶点上一点一点地长出新枝来探求整个世界。但是这个起点实在是太小了,如果你非要用真理符合论的方法去找这么一个稳固的起点的话,这个起点对于我们后来要想去开发整个理论是不足够的,所以我们必须得做一些妥协。直到今天,我们看到的所有科学理论都依然还有不完备的地方,都依然得接受它有可能只是一个概括性的描述。

所以我们要知道有两种事实,一种叫经验事实,一种叫哲学性的事实。什么叫经验事实?比如我在这儿放一支铅笔,你们能够看到这个铅笔存在,我们说这个铅笔在这个桌子上。这是一个什么事实?叫经验事实。但是当我把这个铅笔从桌子上拿下来放在抽屉里边的时候,我说这个桌子里边有一支铅笔,你们也会同意。因为你看到我把这支铅笔放在了抽屉里边。但这是一个哲学事实,就是你想出来的,你认为你知道那个地方有一个铅笔。这个叫作哲学性和概念性的事实。

为什么会有这两种不同的事实呢?你要知道,人类那时候在看天上宇宙星星运转的时候,除了我们的肉眼能够观测到这些星星会动、会有轨迹、会怎么怎么样以外,这是一个看到的事实。我们另外在脑海当中构思出了很多哲学性的事实。比如说在最早的世界观当中,亚里士多德就认为,月上区因为是完美的,所以月上区所有的东西运行的轨道全部都是完美的。那什么是完美的轨道?正圆就是完美的轨道,它一定是正圆运转的。但是正圆轨道这件事,谁看到过呢?没有人看到过。这就是一个概念性、哲学性的事实。所以在我们以后谈到一个事实的时候,你可能都得问问自己说,我提的是一个经验事实,还是一个哲学性的事实?

好了,这是基础的概念。还有一种叫作证实推理,一种叫作不证实推理。什么叫作证实推理?比如说,爱因斯坦发表了广义相对论以后,他告诉人们,太阳背后有一颗星星,如果我的广义相对论是对的,那么那颗星星所发出来的光绕过太阳的时候会产生扭曲,扭曲之后在地球上能够观测到它,爱因斯坦预言了这件事。这件事情后来被一个英国的天文学家观测到了。这就是一个证实推理,就是我根据你的预测,证实了这件事是对的,这是一个典型的证实推理。

这种证实推理其实是归纳推理的一种方法。归纳推理是什么?就是当我罗列出了一系列一致的东西,都指向同一个结果的时候,那么我们可以得出这样的一个结论。比如说,美国一所大学的男子篮球队从来没有赢得过美国大学男子篮球的冠军,事实上在仅有的几次参赛经历中,这支篮球队从来没有进入过第二轮。今年这支队伍的水平与以前相比并没有多大变化,大学男子篮球联赛赛制也没有发生重大改变,考虑到这些因素,这支男子篮球队,基本不可能赢得今年的联赛冠军。这是一套推理,这一套推理的过程就是典型的归纳法。

但是你要注意,即使所有前提条件和证据都正确,也仍然有可能得出错误结论,这就是归纳推理的标志性特点。不管可能性有多低,这只男子篮球队赢得美国大学男子篮球联赛冠军的可能性仍然是存在的,这就是归纳推理的特点。在一个好的归纳推理过程中,即使所有前提条件都是真的,所得出的结论也有可能是错的,这就是简单的归纳法。

孔夫子讲不“因人废言”,也不“因言废人”,为什么呢?就是这个人一辈子说了特别多糟糕的话,但是你不能说这个人肯定是个坏人,他可能在电影结尾的时候突然变成了一个好人。因为这是简单的归纳法。所以归纳法的推理方式在我们的脑海当中是长期盘踞的,我们每个人看待很多东西,你比如说为什么P2P、高利贷能够做得很好,你看我大姑赚钱了,我二姑赚钱了,我小姑也赚钱了,我们家人做这个东西都赚钱了,所以我进去我也应该能赚钱。归纳法。就你简单地这么一归纳,你觉得似乎要成功了,扔进去就完蛋。这就是我们说第一种论证的方法。

第二种相对要更具备科学性的推理方法叫作演绎推理。演绎推理的特点就是我们说的三段论,大前提、小前提,三段论。在一个好的演绎推理论证过程中,真的前提条件就保证了真的结论,也就是说在一个好的演绎推理过程中,如果所有前提条件都是真的,那么它的结论就一定是真的。苏格拉底临死前做了那个推论,大前提——所有的人都会死,小前提——苏格拉底是人,所以结论——苏格拉底会死。这就是典型的三段论的推理。三段论的推理,最重要的是它的前提。就是如果它的大前提是真的,那么后面的推理就是非常顺畅的。柏拉图说无毛的两腿动物就是人,大前提——无毛的两腿动物是人,小前提——这个鸡是无毛两腿动物,所以结论——这个鸡是人。那为什么会推出一个错误结论呢?说鸡是人,原因是大前提不对。大前提说无毛两腿动物是人,这件事不对。所以你要去质疑一个演绎推理,你必须得能够从它的前提开始着手。我们原来在做辩论赛的时候,就是对方的前提不对的时候,你后面所做的再漂亮的三段论式的推理,都是无效的。因为你的前提是错误的。

所以这是我们说的三段论的软肋所在,就是叫作“起始点第一”原则。就是你要把那个起始点第一的原则找到。这里边举个演绎推理的例子。这也是个电影里边的,叫《谍海军魂》,那个电影里边有一个破案的过程。它说,那天晚上,在琳达房间的男人杀了琳达——大前提。不管是谁杀了琳达,我们把这个人叫作尤利。军官法瑞尔是那天晚上在琳达房间里的男人,所以军官法瑞尔就是尤利。这就是一个典型的演绎推理的过程。现在大家知道了归纳法没法确凿地得到证据,你只能够给出支持性的证据,而演绎法可以。但是演绎法最大的软肋在前提,我们要把前提搞明白。

接下来还有一个非常重要的理论,就是卡尔·波普所提出的证伪主义。证伪主义在今天特别风行,就是说一个理论要想成为真正被人们所接纳的科学理论,你必须要承担足够的风险,你必须要承担“你是有可能是假的”的这个风险,所以我们叫作理论的可证伪性。这个我讲过很多次,比如说算命,为什么它不是个科学?就是因为算命这件事不可证伪。你说他算得准,他说很好、算得准,你说他算得不准,他说因为你的心不诚。我们叫“心诚则灵”,心不诚,所以不准。这样一来,你发现你没法质疑他,你说他好也行,说他不好也行,总之他总是对的,无论灵不灵我都对。这叫作不可证伪性。一个东西一旦达到了不可证伪,它就没法成为科学,科学必须要具备可证伪性。比如说医学上做临床,为什么要做临床实验?临床实验、对比实验就代表着可证伪性。也就是说很有可能吃我的药的那一组人无效,如果无效,证明我错了。这就是我承担了风险,这叫作可证伪性。

所以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。为什么不是证实理论呢?我们前面讲了,证实太难了,所以我可以尝试反驳它。然后根据波普的观念,对很多理论来说,找到证实证据实在太容易了。波普认为,弗洛伊德的精神分析法就不管用,他认为这就不算科学。为什么?没法证伪。你找出无数个对弗洛伊德的这个理论反驳的观点,弗洛伊德都能自圆其说。他认为这个就不能够称其为科学。那么爱因斯坦的理论为什么能够被接受是科学呢?因为爱因斯坦的理论做出了一个明确而又夸张的预言,而且其他任何竞争理论都没敢做出这个预言。由于爱因斯坦理论做出了这样一个夸张预言,而且这个预言很容易就可以被证明有误,所以从这个角度看,爱因斯坦的理论冒了很大的风险。对于波普来讲,一个理论所冒的风险越大,它的科学性就越强。爱因斯坦的理论与弗洛伊德的精神分析法相比,就是一个更好的科学理论的范例。

对于波普而言,这就是好的科学的特点,也就是科学应该强调证伪而不是证实,应该努力寻找有风险的理论,即使尝试反复通过对明确而夸张的预言进行实验来反驳,也仍然站得住脚。这种证伪主义方法,也就是强调尝试对理论进行证伪而不是证实的方法,就是波普理论的核心。所以今后假如你想要跟别人讲,你是具备一定科学素养的人,请你首先要知道,什么叫作证伪主义,什么叫作可证伪性。一个理论如果拿不出可证伪性做支持,它只能是一种假说、一种有趣的游戏,但是它没法成为一个科学的理论。

所以接下来我们还说这个理论的不充分确定性。你知道了我们前面所讲的归纳推理和演绎推理,再加上波普的这个证伪主义,你就能够理解理论的不充分确定性。就是所有的理论,你要想最后做到充分确定,几乎都是不可能的,就像笛卡尔没法想到一个东西是一定确定存在的一样。直到今天,爱因斯坦的理论也好,量子力学也好,都是一种不充分确定性的理论。但是我们在一步一步地靠近那个真理,我们在逐渐地走近更接近真理的部分,所以证据可以支持,而不是证明。

还有两个词一定要普及一下,一个叫作工具主义,一个叫作现实主义。什么叫工具主义?工具主义也被叫作实用主义,就是说我作为理论的提出者,我认为这个理论能够很好地解释这一切,但是现实世界未必是按照我这个理论发生的,我的理论只是能够理解这一切的一个很好的工具。比如说当托勒密认为天上的星星有一个周转圆,然后那个星星绕着自己的周转圆转,同时在绕着地球的这个轨道转的时候,他也不太确定这就是事实。但是他所画的所有的圆圈,圆圈套圆圈的那种模式,跟我们肉眼看到天上行星运转的模式一模一样。这就有意思了。它能够很好地解释行星运转的那个周期,包括行星逆行等等这些东西,但是它未必是真的。这个叫作工具主义的态度。我们认为这个理论能够解释它。

另外一种叫作现实主义,现实主义的特点是,它是真的。比如说人坐在这儿,是因为有一个重力把你吸在这个凳子上,你觉得这是工具主义的还是现实主义的?我相信,很多人会觉得是现实主义的。说就是啊,你看这个重力摆脱不了,怎么跳都掉下来,所以这个真的是有一个重力存在。但是我告诉你一个秘密,牛顿都认为它是工具主义。就是现实世界中可能并没有一个力把你吸在这个地球上。事实证明,牛顿是明智的。虽然牛顿所在的时代,一直到爱因斯坦出现之前那么长的时间里边,我们几乎所有人都认为这个是现实主义的,是真的是这样,但是牛顿当年非常冷静地说这个不是现实主义,这个是工具主义。因为牛顿没法解释超距作用的问题,这两个东西离得这么远,这个力是怎么传递过去的?怎么能够就突然建立这个力,比光速还快?介质是什么?传递速度是多少?怎么会有比光还快的东西?没法解释。所以牛顿说这是工具主义。

所以今后我们知道,当我们说一个东西是工具主义还是现实主义,意味着我们是怎么看待这件事情的。这个东西并非是这个理论本身的特点,而是人们对于这个科学理论的态度。就是我们大家认为这个理论是工具主义的,还是我们大家认为这个工具是现实主义的,到目前为止我们更倾向于认为广义相对论是现实主义的,但是也不排除过了若干年以后,我们说它其实也只是一定范围之内的工具主义的解释,还有更高级的解释等着我们。所以这是我们看待理论的不同方法。前面这一段我讲得很费劲,就是希望大家能够建立一个判断科学理论的标准,我们要知道工具主义、现实主义,要知道演绎法、归纳法,要知道经验性事实和哲学性事实。

好了,接下来的故事就好听多了。接下来我们就要看亚里士多德的宇宙观到底是什么样子的。亚里士多德的宇宙观大概统治了这个世界——从公元前300年一直到1600年——大概1900年的时间都是亚里士多德理论在统治这个世界。我们简单地讲一下他这个十四条。在亚里士多德的世界观当中,他认为地球是宇宙的中心,然后地球被认为是球形的,而不是平的,远在亚里士多德那个时候,大家就知道地球不是平的了,为什么?因为这个通过常识是可以看得到的。比如说从海平面上,上升一个帆船,你可以看到那个帆船慢慢一点一点起来,这就是我们说人们通过自己的经验感知能够想象得到的东西。所以很早人们就认为地球不是平的了。

那么月亮当然是距离地球最近的天体,月亮和地球之间的区域被称作月下区域,被认为与月亮以外的区域——叫作月上区域,有显著的差异。这是亚里士多德那个拼图里边的一个基本的逻辑。在月球以外,有关行星和太阳的顺序通常的共识如下:首先是水星,然后是金星,接下来是太阳、火星、木星、土星,最后是恒星球面。恒星球面就是所有的恒星都镶嵌在那上面的宇宙的边框,全部都镶在那个幕布上。在亚里士多德的世界观当中,太阳、恒星和行星都被认为是由类似的物质组成的,而且与地球上任何物质都相当不同。这种物质被称作以太,被认为只能在月上区域找到,因为反正人去不了月上区域,他就这么想象。他说月上区域是一个完美的世界,那个世界上物质是由以太构成的,而且具有非常不同寻常的属性,从而可以解释月上区域里物体的运动模式。什么属性呢?所有的东西做匀速圆周运动。所以你就能够非常明显地解释月亮为什么转、太阳为什么转、星星为什么转。因为以太在上边匀速地做圆周运动。

在宇宙边缘,就是恒星所在的球面,通常的观点是,所有恒星与地球的距离都是相等的,而且都镶嵌在这个球面上,球面以自身的轴线为中心转动,转动一圈大约24小时。所以你理解所有幕布上的星星位置是不变的。为什么叫恒星?因为所有星星相互之间的位置是不变的,是一个大壳子,然后绕着我们转一圈24小时。球面转动的时候,带动镶嵌在其上的恒星一起转动,这就解释了人们关于恒星的观测结果,也就是恒星看起来每24小时沿着圆形轨道绕地球转一圈。当时的人们认为宇宙很大,但是他们无法想象宇宙到底有多大。你可以理解亚里士多德那时候所想象的宇宙的大小,一定比我们今天所能够观测到的要小很多,因为这是我们肉眼可见的那部分。这就是亚里士多德的世界观。

你要怎么理解亚里士多德的世界观?这里边有两个非常重要的特性,一个叫作目的论,一个叫本质论。亚里士多德认为,这个世界上所有存在的这些东西都有其存在的目的。比如说这个树叶,为什么要长成这个树叶?因为这个树叶有它的目的。为什么有这个树种子?因为它有目的、它要生长、它要落地、能长出来东西,他都是用目的来解释。所以为什么会有月亮?月亮为什么要转?它都有目的。而怎么实现这些目的呢?它有它的性质。人的性质就是成长、就是贪婪、就是工作,人有这个性质,所以人体现了这么多的生活当中的状态。木头的性质就是能够做桌子、能够烧、能够获得热量。它都有性质,它的性质跟它的目的是相关的。而整个宇宙都有着它的性质,它的性质,比如说向上、月下区向下、做匀速圆周运动,它的目的就是要实现这个美好的、完美的世界,他认为匀速圆周运动最完美,月上区是完美的,就是这样一直转动。所以整个逻辑自洽,这1900年来人们没有想过亚里士多德是错的,大家就根据他这套范式在不断地发展,因为这中间一直没有出现望远镜。

所以在出现望远镜之前的那个事实是什么?我们得看看在出现望远镜以前的那个观测事实,所有伽利略之前的天文学家所做的研究,都是基于共同的事实,也就是我们用肉眼所能够看到的天上的事实,包括恒星、太阳,然后我们能够看到冬至、春分、夏至、秋分,还有行星相对于恒星的移动。月球大概每29天多会循环一次,相对恒星,它会向东偏移。它不是在一个轨道上走,它是转着转着就往东边偏移了。这是人们拿肉眼观测出来的。关于行星的事实是特别复杂的,提到行星的时候,我们在第一时间出现在脑中的画面,与那些生活在还没有现代科技时代的人们脑中第一时间出现的画面来讲,会非常不同。

不过有两点需要记在脑中。第一,我们现在的讨论只是为了后面讨论托勒密、哥白尼、第谷、开普勒等人的天文学理论提供背景知识,而这些天文学家没有一个人能够接触到我们所接触的科学技术。他们连月球表面有坑坑洼洼的照片都没有看过,当伽利略用望远镜看到月球表面有那个环形山的时候,就直接挑战了亚里士多德的理论。因为它不完美,它并不是月上区域所想象的以太,它看起来像大石头,跟地球差不多。就这一下就已经让亚里士多德吃不消了,虽然这已经是一千多年以后的事了。

第二,我们在讨论的是经验事实,就大多数明确的经验事实而言,它们都由直接明了、由观察得来的数据所组成。经验事实是能看到的,在任何一个确定的夜晚,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。除此之外,在任意一个确定的夜晚,我们称为恒星的亮点和称为行星的亮点在空中运行的方式也是相似的。

所以我不得不佩服那些从古至今的天文学家,包括中国的,包括西方,他们是怎么从那么多颗星星当中看出那五个不一样的?不可思议!因为那个时候满天繁星,不像咱们今天光污染,你看不到那么多的星星。那个时候大地上没有灯光,所以每天一抬头,哗,幕布上全是星星。所以如果你不是已经知道了如何分辨恒星和行星,那么在任意一个给定的夜晚,你都无法看出两者之间的区别。然而如果追溯到人类有记录的历史开始之前,我们的前人就发现了夜空中有五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五个亮点的运动模式,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,我们通常认为存在九颗行星,但是直到18世纪,我们所能够看到的也就是金、木、水、火、土这五颗行星。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,而且通常看起来它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。月亮很明显,木星也在不断地偏移。

与恒星不同,行星的亮度变化很大。举个例子,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。五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。举个例子,尽管通常每天晚上木星相对于恒星的位置都会向东偏移,但大约每年有那么一次,木星的位置有那么几天不发生偏移,紧接着就开始向错误的方向偏移,也就向西偏移。接下来它会一直向西偏移几个星期,然后再次有那么几天停止偏移,紧接着重新开始向东偏移,持续时间大约又是一年。人们就是这样观测那个行星的变化。

这个反方向偏移的行为叫作逆行运动。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。所以你不得不惊叹古人是怎么做到的,就是这五颗星星启发了后边所有的科学体系。往后听你会知道这五颗星星的逆行、这些行动是多么重要。因为人们要解释,人们不能够光听亚里士多德说它镶嵌在上面就那么转就完了,明明有五颗不一样的,这五颗不一样的怎么解释?接下来就看到一代一代的科学家开始逐渐地出场。

再给大家剧透一点点,因为我相信很多人可能会对夜空感兴趣,尤其是孩子,给你们剧透一点点怎么在天上看星星的这个方法。你只能在太阳快要升起或刚落下后看到水星和金星。举个例子,金星跟在太阳后面,因此当太阳落下以后,金星就会出现在西方天空中距离日落点不太远的地方。你往西边看,太阳落山了,那个地方有一个很亮的星星是金星。同样的,金星的位置距离西方地平线绝不会超出一把尺子的长度,拿一把尺子放在你手前边,伸直了胳膊,一把尺子放在这儿,就是大概一英尺长的这么一个尺子。日落后几个小时,金星就会从西方地平线落下,或者在一年中的某些时候,金星将在太阳的前面。这个时候你会看到金星在清晨日出之前升起,最多在几个小时之内可见,等太阳升起以后,因为太阳太亮了,所以金星就看不见了。所以你有两次看金星的机会,某些时候是在日出之前,某些时候是在日落之后。孩子们可以去看一下。

我刚刚讲的这些东西,叫作观测事实,也就是在伽利略发明了望远镜看星星之前人们所看到的观测事实,大概就是这么多。所以人们把行星叫作planet,planet什么意思?漫游者。漫游者的意思就是它跟别的星星不合群,别的星星都一块儿走,只有这几个到处瞎逛。

接下来还有两个哲学性的事实,一个就是正圆形轨道,第二个就是匀速的运动。匀速运动加圆形轨道就是人们脑子里边所构思出来的、符合亚里士多德所说的哲学事实。你看奇怪不奇怪,就是人们为什么会认为它一定是正圆形的匀速运动,仅仅就是因为我们要和亚里士多德保持一致。这就是我们前面所讲的“真理融贯论”,我们要集体主义融贯,因为大家不能够颠覆亚里士多德,颠覆亚里士多德,就意味着颠覆了所有模块的拼图。你要想颠覆所有模块的拼图,对不起,那些怎么解释?所以干脆咱们也不要颠覆这个,它是一个完美的世界观。

捍卫亚里士多德的第一个人就是托勒密,托勒密在公元150年写了《至大论》这本书。在这本书里边,他提出了一整套的运动体系。托罗密的体系我们简单介绍一下,这个可能需要大家来看我们的视频,视频上会更清晰,因为它有图。“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。”也就是说托勒密虽然在今天看来是完全错的,但是他解释那些行星逆行一点都不差。

他的方式是什么呢?就是这么一张图。有一个圆圈,这是以地球为核心的轨道,但是地球是一个偏心圆,就是它不在这个圆圈的中心,在这个圆圈的边上有一个点A,以这个点A为圆心有一个周转圆。请记住托勒密的体系里边有周转圆的概念,周转圆就是火星沿着这个周转圆转,然后周转圆的圆心沿着地球的轨道转。为什么要引入这么一个周转圆?也就是说,当周转圆和偏心轮这两个概念引进了以后,就能够准确地和火星运转的整个周期相吻合。它是一个工具性的理论,这个工具性的理论非常完美地解释了这一切。首先周转圆和均轮系统非常灵活,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。就是说它是数学,它只需要把这个圆调大一点、调小一点,或者把它那个速度调整一下,出现的形状就不一样。你看可以出现很多这样的形状,这样的形状就可能会出现逆行,可能会解释逆行的问题。由于有高度的灵活性,所以周转圆、均轮系统非常有用。

不过除此之外,任何一个地心说理论都需要周转圆来解释行星和逆行运动。就是所有的地心说,只要你坚持认为这些行星是绕着地球转的,你就必须引入周转圆,否则你没法解释为什么会有行星逆行的现象出现。在这个托勒密的体系当中,始终认为所有的运动都是匀速运动,他没有敢去挑战非匀速运动的状况。

接下来第二个登场的叫哥白尼。哥白尼生活在1473年到1543年,大概在16世纪的时候,哥白尼提出太阳是宇宙的中心。哥白尼体系跟托罗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,哥白尼体系中也运用了周转圆、均轮和偏心圆。哥白尼和托勒密生活的年代相差了1400年,在这期间出现了很多新的天文学观察结果,有些已有的观察结果得到了修正,还出现了几个新的但错误的观察结果。总的来讲,哥白尼所拥有的数据和托勒密的数据是非常相似的,而且哥白尼也必须尊重正圆事实和匀速运动的事实,这依然禁锢着他。

尽管哥白尼也运用了周转圆,但只是为了利用周转圆所能提供的灵活性,而不是像托勒密体系那样用周转圆来解释逆行运动。当你把太阳放在中心的时候,逆行运动不需要解释了,因为地球也是绕着太阳转的,行星也是绕着太阳转的,这时候很容易产生逆行的运动。但是他用周转圆只是为了提供灵活性。由于在哥白尼的体系当中取掉了托勒密体系里边的那个等据点的概念,所以哥白尼体系可以说更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系,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。也就是说,哥白尼的这套理论体系更加地接近完美。

哥白尼为什么会提出日心说呢?这个跟一个哲学流派,叫新柏拉图主义有关系。新柏拉图主义在哥白尼出生的那个时候特别盛行。这个理论的核心是认为太阳是至善的。既然太阳是至善的,那么太阳就在宇宙的中心。所以哥白尼是为了保证他的新柏拉图主义能够得到证明,所以他就要去努力地证明太阳是在中心的。他一直不太敢发表他的理论,直到自己临终前快去世的时候才把这个理论发表出来。

接下去我们到第谷体系了。第谷是人类历史上最伟大的、用肉眼观测天上行星运行轨道的人,而且他记录了非常丰富的手稿。第谷非常熟悉哥白尼体系,第谷也承认,相对于托勒密体系,哥白尼体系在某些方面更有优势。与当时大多数天文学家相同,第谷也发现大多数证据所指向的结果都是地球是静止的。因此,从现实主义者的角度看,哥白尼体系不可能是宇宙的正确模型。为什么呢?因为哥白尼认为地球绕着太阳转,而所有人认为这个东西胡扯,因为我没有感觉到转,我们会头晕的,我们会有风。没有风、没有头晕,所以这不可能。于是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得到认可的优势,又保留了地球是宇宙中心的观点。你看,他其实综合了地心说和哥白尼理论的优点。

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。听到这个区别了吗?就是月亮和太阳绕着地球转,所以保证了地球不动。但是那些行星绕着太阳转,这就解决了前面所说的托勒密体系里边所遇到的特别多复杂的什么周转圆、等据点的那些问题。从数学角度看,第谷体系是等同于哥白尼体系的。基于这一点,第谷体系在预言和解释我们曾经讨论过的经验数据方面与哥白尼体系是等效的。

第谷去世后不久,望远镜问世,带来了更多新的证据,至少表明某些行星是围绕着太阳运转的。第谷所想象的这个问题是很有创意的。就是我们干吗说所有的东西都绕着地球转,或者都绕着太阳转?一部分绕地球转,一部分绕太阳转,太阳绕地球转就行了。这是第谷对于整个的解释。你要知道,他们能够形成所谓的理论体系,他们都是能够解释这一切东西,就是完全自洽,那个版图从来没有被打破过。

接下来第谷的学生,非常著名的人物,叫开普勒。开普勒跟第谷一块儿打工,给第谷做助手,在第谷死了以后,第谷把他所有的观测结果手稿全都给了开普勒。然后开普勒根据这些东西,他要做一件非常了不起的事,就是“读懂上帝所思”。开普勒是一个虔诚的教徒,他认为这个世界一定是上帝构造的,但是我们没法精密地解读上帝是怎么构造的。因此他在努力地去思考上帝到底是怎么创造这个宇宙的。开普勒实际上几乎得到了正确的答案。也就是说,开普勒最终提出了一个体系,不仅在预言和解释方面完全准确,而且比任何其它可选体系都简单得多。除此之外,从现实主义者的角度看,开普勒体系似乎描述的正是月球和行星运动的模式。开普勒的做法是一种基于日心说的做法。开普勒对日心说观点的偏爱,部分源于他的学生时代。那时候他的老师是哥白尼体系的一个热情支持者,与几乎所有他同时代的人相同,开普勒最初也坚定地相信正圆事实和匀速运动事实。

然而到了17世纪初期,开普勒意识到,所有以匀速运动为基础的体系都无法解释已经观测到的火星运动。因为那时候火星被观测到得更多了,第谷给他提供了很多数据,此时他开始研究其它使火星可以在其轨道不同位置上以不同速度运动的体系。不久之后,开普勒得出类似结论,也就是所有仅以正圆轨道为基础的体系都无法解释已经观察到的火星运动,因此他开始探索不同形状的轨道。人类终于迈出了这一步,人类终于开始挑战正圆事实,开始迈向椭圆形的事实。所以开普勒这时候已经摒弃了两个关键性的哲学性概念,也就是正圆事实和匀速运动事实。最终开普勒发现,椭圆轨道和行星以变化的速度沿椭圆轨道围绕太阳运动可以完美地解释火星的数据。1609年,开普勒发表了他关于火星运动的模型,也就是火星沿椭圆轨道以变化的速度运动。

不久之后,开普勒把这个模型拓展到其它的行星。行星围绕太阳沿椭圆轨道运行,太阳占据椭圆轨道两个焦点之一的位置,通常被称为开普勒行星运动的第一定律。大家知道椭圆有两个焦点,椭圆形这边一个焦点,那边一个焦点。他说太阳是其中一个焦点。

还有一个第二定律,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的第二定律。就是这是太阳,是焦点,太阳和行星连起一条线,沿着轨道运转的过程当中扫过的面积在相同时间内是相等的,他用这个来计算火星运动的速度。他这样算出来的结果跟观测到的火星的运转速度是一样的。由于行星在其轨道上的某个点处距离太阳更近,因而当火星运行到其轨道的这个部分的时候,运行速度就会更快,而当它运行到其轨道距离太阳更远的部分时,运行速度会更慢。换句话说,根据开普勒第二定律,行星的运动不是匀速的,相反,在其轨道的不同阶段,行星运行的速度会发生变化。

开普勒体系没有使用周转圆、均轮、偏心圆、等距点这些复杂的概念,开普勒体系中每个行星只有一个椭圆形轨道,仅此而已,无比简洁、无比美好。这就让我们又想起了爱因斯坦说过的那句话:这个宇宙最可怕的地方,就是它竟然可以被理解。他可以用如此简洁的方式表述出来。现在大家看到这一步一步的进步了吗?从地心说到日心说,到地心日心杂合说,到椭圆形轨道。

好了,接下来登场的这位大神,叫作伽利略。伽利略之所以了不起,是因为伽利略发明了望远镜。那个时候我们讲过一本书,叫《我们如何走到今天》,就是玻璃的发明对于人类有多么伟大的贡献。有了望远镜之后,我们先说说伽利略都观测到了什么。伽利略最起码观测到了十几种对于亚里士多德形成巨大挑战的事实。

首先,伽利略观测到月球似乎是一个巨大的岩石体,而不是所谓的以太,跟地球上的东西差不多,就像我们家门口院子里边的一个鹅卵石一样。你知道过去人们在说地球不动的时候,有一个非常重要的理论:我们家门口放了一个巨大的鹅卵石,放在院子门口,请问没有人推它,它怎么动?就是过去的理论家就这么讲,谁能把那个鹅卵石扔起来,在空中不停地转?做不到。所以既然我们那个鹅卵石做不到,地球这么大个鹅卵石更没戏。这是地球不动的一个非常重要的证据。但是当伽利略用望远镜看到天上的月亮的时候说,那就跟我们家门口的鹅卵石一样,而且更大,它为啥能动?就这一件事,“地球不动说”就遭到了巨大的挑战。

然后伽利略发现了太阳黑子。伽利略得以令人信服地论证出,太阳黑子一定是在太阳表面本身就有的区域,而不是其他什么图像。那么月上区肯定不像亚里士多德世界观所认为的那样,是没有变化的完美区域。因此,就像月球表面的山峰一样,关于太阳黑子的数据被证明是亚里士多德世界观的另一个瑕疵。

伽利略是第一个观测到土星有时会有边缘突出现象的人,这个突出的边缘看起来像是把手或者耳朵。我们现在知道,他所观测到的叫土星的光环。然后通过望远镜,伽利略还观测到了四个小亮点,他们围绕在木星的周围,位置随着时间变化而变化,伽利略正确地推断出,这四个小亮点是围绕木星运转的卫星,伽利略把木星的卫星命名为“美第奇之星”。各位知道,那时候最伟大的家族叫美第奇家族,然后从而他被美第奇家族任命为宫廷的首席数学家和哲学家。然后伽利略发现有物体围绕木星运转,这决定性地证明了,与亚里士多德世界观观点相反,宇宙中的圆周运动并非都围绕着唯一的一个中心。

同时伽利略观测到了金星相位。通过望远镜,很容易可以观测到金星的相位,而伽利略就是第一个发现金星相位的人。如果金星经历一系列相位变化,正如伽利略所发现的,那么像月球一样,金星相位也一定是太阳、地球和金星之间相对位置变化的结果,就是金星跟月亮一样有圆有缺。这些东西都是伽利略通过望远镜观测出来的。而且伽利略还发现,除了肉眼可以看见的恒星,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。这是伽利略的观测。

尽管教会在1616年作出否定日心说的观点,是一个裁决。但是伽利略本人在这个过程中并没有受到影响。几年之后,他就没有那么幸运了。在1632年的时候,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,这本书被简称为《对话》,这本书内容丰富,它并没有得到教会的接受,教会的观点是,跨过了“讨论日心说观点”和“支持这个观点是现实”之间的界限。各位知道这句话什么意思吗,就是教会过去能够容忍的是,你们说日心说可以,但你得告诉我那是一个工具性的解释。但是伽利略提出的这个东西太可怕,变成了事实性的,变成了现实主义的。伽利略最后说,有大量的证据证明日心说是现实主义的。这件事情是教会不能够接受的,因为它跟教义相违背。

在其著作中,伽利略有时表达出非常强的讽刺意味,而且对很多人都表示不屑,所以所有那些能够判他刑的人都被他得罪了。最后伽利略被裁定为“持异教思想的嫌疑”,判终身监禁,同时还被要求正式宣布日心说的观点是假的。伽利略在家中度过了余生,于1642年逝世,最后双目失明。因为伽利略的眼睛一直看天上的太阳,拿着玻璃、拿着望远镜,不断地观测,眼睛瞎掉了。据说伽利略在法庭审判的时候说,我承认我有罪,说完这句话以后,小声地说了一句,但是我们是绕着太阳转的。就是这么一个倔强的人。

所以讲到这为止,我们已经快要迈进现代科学了。伽利略在1642年去世,1643年牛顿诞生。牛顿,我们前面讲了,他在家里边待着的时候,突然去研究了这个微积分。在1687年的时候,牛顿写了一本著作,叫作《自然哲学的数学原理》,在这本书里边他用很短的篇幅——他这本书很厚,但是他用很短的篇幅写了三大定律。

谁知道牛顿的三大定律分别是什么?第一个定律就是所谓的惯性定律:任何物体在不受外力的作用下,总是保持匀速直线运动状态或者静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态。这是非常伟大的一个定理,为什么?因为你用肉眼根本看不到,你什么时候看到这么一个东西是匀速直线运动就走了?不可能。我们看到的是亚里士多德所说的,任何物体保持静止或者停下来,除非你用劲推动它,它才动。肉眼所看到的,但是这个是不对的。牛顿告诉我们说,任何物体是保持匀速直线运动或者静止,除非你用外力阻止它。你知道这个东西为什么它会停下来?它本来可以一直走的,是因为有摩擦力、有引力,所以它才停下来的。这个东西是正确的,但是这个东西肉眼看不到,这就是理论的厉害。所以我们大家真的不要太过相信眼见为实。所以第一条就已经颠覆了。我们小时候在学牛顿三定律的时候,第一条我就不理解,我说没见过,没见过匀速直线运动一直走。

牛顿第二定律的描述是:物体运动的改变与其所受的作用力成正比,而且与其所受的作用力的方向成一条直线。F=ma,这个大家都知道,m是质量,a是加速度,力等于m乘以a。第三定律就是,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,作用力与反作用力。看起来如此简单的三条定理,竟然破解了宇宙几乎所有的秘密。

人们用这三条理论开始在各个范围之内运用,除了能够解释炮弹、能够解释桌子、能够解释跑步,能够解决这些东西之外,在化学领域开始出现了拉瓦锡和道尔顿。拉瓦锡做化学实验,道尔顿做原子内部结构的研究,发现原子相互之间的作用力也符合牛顿三定律。化学领域开始用牛顿的体系来破解,然后生物学领域,人们发现神经其实是一种电化学现象,电化学现象依然是用牛顿三定律可以去推理解释出来的。然后在电磁学理论上出现了法拉第和麦克斯韦,法拉第和麦克斯韦是爱因斯坦的偶像,因为法拉第、麦克斯韦有了电磁学、电和磁场的这种变化,所有的这一切都是在牛顿世界观之下所发展出来的。

所以你不能简单地说牛顿是一个力学家,所有的这一切都是牛顿世界观的延伸,因为它是建立在三大定律之上的,用三大定律不断地去推演,在各种领域里边验证。牛顿世界观发展的高峰期在1700年到1900年之间,这两百年时间里边,西方世界开始迈入工业化的进程,这些全都是属于牛顿世界观的发展。

而牛顿世界观当中有一个bug(漏洞),也就是我们说的超距作用的问题。牛顿认为虽然万有引力,他认为是可以解释这个现象的,但是万有引力是怎么产生的?这个力是怎么传递的?他被很多人质疑。他也没法解释。所以牛顿是用工具主义的态度在看待他的力学。1900年,凯尔文爵士发表过一个演讲。1900年是一个非常重要的年份,我们知道很多事情都发生在1900年。凯尔文爵士说,人类的秘密已经基本上被破解完了,在整个理论大厦当中只剩下了几块小乌云。哪几块小乌云呢?第一块是迈克尔逊-莫雷实验,第二块是黑体辐射,也就是说迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射这两个科学实验的结果没法被牛顿体系解释。但是他们认为也不重要,就好像电磁辐射一样,总有一天会有一个人把它解释掉,认为这只是我们头顶的几朵小乌云而已。

这个迈克尔逊-莫雷实验是什么呢?就是迈克尔逊和莫雷从一个定点发射出两道光,两道光发出时的夹角是直角,这两道光就走了两个不同的路线,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。这是因为光源和镜子本身在地球上,而地球在围绕太阳运转的时候,就将在以太中运动,那么以太就相当于船和游泳者类比当中的水。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。

然而与大家所预期的相反,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,所以把它叫小乌云。后来证明这些有关光的命题根本不是小问题,事实上,到了爱因斯坦的相对论问世,这些问题才最终得以解释。这是迈克尔逊-莫雷实验。

黑体是物理学里边的一个术语,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,完美的黑色。一个理想化的黑体在受热时,应该对外进行辐射。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,但是到了短波的时候,观察到的辐射模式则与预言模式大相径庭。顺便提一下,这些有问题的短波位于电磁波谱的紫外线一端。各位知道紫外线的波长短,所以这个问题有时候被称作“紫外灾难”,就没法解释,根据牛顿的科学体系没法解释黑体辐射和莫雷实验。但这两个东西就放在那儿,大家说总有一天会解释的。

结果谁来解释呢?只有等到普朗克出场。普朗克做了普朗克公式,E=hv。然后各位知道那个爱因斯坦的公式E=mc²,你看两边都是E,所以一换算就是mc²=hv,m是质量,h和v代表波,所以这个叫作波粒二象性。这边是用质量的方式、粒子的方式在计算,普朗克公式是用波的方式在计算,一换算出来你发现是相等的,所以普朗克发明了普朗克公式,解释了黑体辐射,它能够完美地解释黑体辐射。只有一个23岁的年轻人在看到这个公式以后,突然之间觉得脚下的地球都被抽走了,这个人就是爱因斯坦。

然后爱因斯坦在1905年发表了狭义相对论,在1916年发表了广义相对论,这部分详见《爱因斯坦传》,我们在这儿就不多讲了,因为它很复杂。当爱因斯坦用广义相对论和狭义相对论来解释地球受到的重力的时候,人们才知道,原来并不存在所谓的引力把我们吸在这儿,而是因为巨大的质量所造成的扭曲,这个扭曲所带来的所有的运行都是在曲面几何的最短线程的那个方向运转,这个我们在爱因斯坦的传记里边已经解释过了。所以在这儿我们终于可以加快一点了,大家能够把这些天文学体系搞明白就已经很不容易了。

有了牛顿,有了爱因斯坦,之后就是量子力学。量子力学当中,我们要搞清楚的就是,有量子事实、有量子理论以及对量子理论的诠释。这是我们理解量子力学的三个入口。我这么说听起来好像我理解一样,其实我一点都不理解,我只能给大家念一些关于量子力学的基本概念。量子理论大家也不要看得太严重,实际上是一种波数学,应与粒子数学相区别,对波数学和粒子数学进行一下简单介绍就会很有帮助。一种是涉及离散式的物体时所用到的数学,另一种是涉及波的情形的时候所用到的数学。比如说你把一个保龄球这么扔出去,这就是一个粒子的数学。但是你把一个水拍了一下,那个时候水抖起来了,这就是一个波的数学,所以这是两种数学。

如果量子理论数学是一种常见的波数学,那为什么我们经常听说量子理论是很不寻常的理论呢?有一个差异并不大,但是值得一提。那就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,这就是一个小小的、细微的差异。对于如何把下落的保龄球有关的数学和这个世界联系起来,存在广泛的共识。就是我们大家很容易理解这个保龄球怎么计算的,那就是我们平常所了解的粒子的数学。

这正是量子理论数学的不同之处,也就是对如何把量子理论涉及的数学与这个世界联系起来并不存在共识。到目前为止,这本书的作者是一个哲学家、物理学家,他都认为并不存在共识,也就是我们没法确定地说,谁所提出的量子力学一定是对的,没有达到共识。量子理论数学所展示的现实非常怪异,这也就是为什么我们常听说量子理论是一个非常奇怪的理论。鉴于它非常奇怪,我们就不多讲了。大家可以去自己搜索一下,了解一下什么叫作“薛定谔的猫”,“薛定谔的猫”得到了爱因斯坦大力的赞扬,因为爱因斯坦说,你看这么怪异的一个理论都能够被量子力学所应用,足以证明量子力学是错的。真正最后能够颠覆牛顿体系世界观的只有量子力学。所以直到今天,我们其实依然生活在牛顿思想的世界观之下,而量子力学还没有给出一个能够形成共识的、去颠覆牛顿世界观的东西。

所以对整个世界观延伸的过程梳理下来,大家能够感知到一个令我们非常震撼的事情。就是“显而易见”对于我们来讲是多么严重的错误。我们过去之所以会留恋在,比如说正圆的轨道,我们留恋在匀速运动当中,没有别的原因,就是因为显而易见,就是我们拿眼睛看到的、感受到的、我们自己有经验的似乎就是这样。但问题是那个东西并不是一个科学的参照体系,那个东西是我们大脑当中所想象的、我们大家共有的意识,但它未必是对的。所以要想真的建立科学的世界观,你必须要了解什么是科学,你必须要知道人类的历史上是怎么样一步一个脚印,从亚里士多德到托勒密,到哥白尼,到第谷,到开普勒,到伽利略,到牛顿,到爱因斯坦,到今天的量子力学,我们逐渐地在破解自然给我们设定的这个迷局。我希望大家也能够参与进来,在我们的互动区域里边可以写一下,你听完这本书之后的感受,然后想想看,我们在生活中有哪些显而易见但未必是对的事情。

谢谢大家,下周见!

爱我羊
匿名

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