透过自然现象看本质

人类智慧的力量

这种恐惧,这种心灵的黑暗,伴随着闪耀的光的辐条,升起一轮太阳,而太阳也不能将它照亮,清晨的一缕缕晨曦,而晨曦也不能将黑暗驱散只有自然及其法则,教调我们,于是有了下面的“绪言”:虚无一直从虚无中诞生,恐俱驾驭着凡人的心灵,这仅仅是因为,在陆地和天空之所见,而没有智者可以知道原因,人们以为那是神灵所为,但我们仍然一无所知,没有神灵,就没有万物。我们所寻求的更明了:这些元素。一切都是由这些元素构成的,而我们更想知道,这一切着不经上帝之手,是如何形成的。

——卢克莱修《物性论》诗选

在现代科学体系完整诞生以前,人们就已经对自然进行了一系列猜测与解释,他们被称为哲学家。那时的人们还集中于表面现象的观察,最著名的例子莫过于亚里士多德的“重物说”。亚里士多德在总结大量经验后沾沾自喜地以为自己发现了一个自然界的规律。但他明显忽视了一个重要的因素——空气阻力。而为什么伽利略得以考虑这个容易令人忽视的问题呢?因为他先运用了逻辑推理,从亚里士多德的结论推出了一个令人矛盾的结果,加之以实验证明,开创了现代科学的先河。从此经典如云,大师辈出。

透过自然现象看本质
伽利略·伽利雷(1564年2月15日~1642年1月8日)

到了牛顿的时代,仍然是“有机物理”统治着世界。自从牛顿在老家伍尔索普被苹果砸了一个包之后,这激发了牛顿的兴趣,他开始思考运动规律能否推广到复杂的天体运动中,并将其发展为描述一切运动的普适规律。并于1687年出版了《自然哲学的数学原理》。自此,”机械物理“已初具雏形,直到往后的几百年一直统治着人们的思想。

《自然哲学的数学原理》目录

公理或运动的定律
第一卷 论物体的运动
第一章 论用于此后证明的最初比和最终比方法
第二章 论求向心
第三章 论物体在偏心的圆锥截线上的运动
第四章 论由给定的焦点,求椭圆形、抛物线形和双曲线形轨道
第五章 论当焦点未被给定时求轨道
第六章 论在给定的轨道上求运动
第七章 论物体的直线上升和下降
第八章 论求轨道,物体在任意种类的向心力推动下在其上运行
第九章 论物体在运动着的轨道上的运动及拱点的运动
第十章 论物体在给定表面上的运动及摆的往复运动
第十一章 论以向心力互相趋向的物体的运动
第十二章 论非球形物体的吸引力
第十三章 论极小物体的运动,它受到趋向任何大物体的各个部分的向心力的推动
第二卷 论物体的运动
第一章 论所受的阻碍按照速度之比的物体的运动
第二章 论所受的阻碍按照速度的二次比的物体的运动
第三章 论所受的阻碍部分地按照速度之比且部分地按照速度的二次比的物体的运动
第四章 论物体在阻力介质中的圆形运动
第五章 论流体的密度和压缩及流体静力学
第六章 论摆体的运动和阻力
第七章 论流体的运动及抛射体所遇到的阻力
第八章 论通过流体传播的运动
第九章 论流体的圆形运动
第三卷 论宇宙的系统
研究哲学的规则
天象
命题
主题索引

然而,人们慢慢地意识到,由牛顿力学主导的机械哲学观或多或少是有缺陷的,这一点在19世纪末尤为明显。很多难以用牛顿力学体系解释的现象被相继发现。这在不少人心中引起了轩然大波。这时,我们的伟大物理学家爱因斯坦站了出来,他从现有的最基本的原理出发,推导出所有的逻辑结果,并顺推至极限。这被他称作”思维实验“。他打开了”潘多拉的魔盒“!这直接导致了相对论的诞生。而新理论在两个地方得到了直接证实:第一个是水星的进动问题;第二个则是光线的弯曲。这是数学物理方法的伟大革命。

20世纪另一个伟大的自然科学进展当非量子力学莫属。”量子力学“详细描述物质的行为,特别是发生在原子尺度范围内的事件。在极小尺度下事物的行为与我们有着直接经验的任何事物都不相同。显然,作为一个寻常的普通人,我们无法理解一个客体无法被准确描述。这很正常,对于每个人——不管是新手,还是有经验的物理学家——来说都显得奇特而神秘。甚至专家也不能以他们所希望的方式去理解原子的行为,而且这完全是有道理的。因此我们不能以常规的思想来思考量子力学,而应该以一种抽象或想象的思维来理解它。在宏观层面我们的”机械绝对观“的确很好使,而在微观层面,我们就不得不依靠一下概率学和统计学了。

在这里,有不少人慢慢流露出了一种悲观的思想。既然无法确定地掌握某些规律,那么我们怎么去”透过自然现象看本质“呢?其实我们大可不必杞人忧天。这只是理论,或者说是物理体系的不同。试想我们通过虫洞到达另一个平行宇宙,这个宇宙的物理定律未必与我们的世界相同。不同的物理体系,对于规律的准确定义就不一样。

在科学的发展中,科学的哲学含义也在不断变化。比如说唯心主义和唯物主义的历史争端。还有就是绝对主义到相对主义的改变。总而言之,一个合理的科学哲学观应当与现有实际科学理论相互契合,并能体现出自然的和谐之美。

现在,我们仍然面临着很多问题。我们对极度微观的事物,即范畴小于粒子尺度下的事物仍然一无所知。或者可以这样说,我们对于极限状态和极限尺度状态下的物理规律仍然是一片空白。现在几乎没人做过此项研究。并且我们似乎陷入了一个谬论——即无穷无尽的”套娃循环“。并且,似乎套娃越多,事情就会变得越来越复杂和棘手。另一方面,我们迄今为止还没有实现爱因斯坦终极梦想——即构建一个可以包容万物的,和谐的宇宙大统一理论。目前,我们现在面临的首要问题就是爱因斯坦的广义相对论和量子力学并不兼容。物理学家们绞尽脑汁地思考各种可能的解决方法,包括弦论和各种各样的奇特理论。美国因此还成立了所谓的”基本问题研究所“。

更进一步地说,我们的智慧之处到底在哪里呢。我们能依靠现有事物进行逻辑推理,并又利用现有事物进行实验检验创造的理论的正确性。将之归纳并赋予它实际应用。这称之为一套”科学“的方法。在日益积累的规律中,我们将其分类,构建使之形成体系学科。这样的好处在于,我们能够不必为自然的表象所困惑,或者说我们能清晰地看到自然的本质。

普通人获得这一切的路径别无他法,只能踏踏实实地学习。但科学其实就像文学一样美妙。似乎伟大的科学家们在探索自然,解决问题的过程中都会获得别样的感受。这种感受可能是普遍的快感,亦或是其它。有时候,正如爱因斯坦所说,当我们无知地面对整个自然界时,我们也能感受到某种神秘且珍贵的快感。科学,无止境的边疆,它将春风化雨一般,而我们人类将会用智慧将其接纳。

现如今,人工智能仍处于弱人工智能状态。那么是否将来也会有一天,人们可以通过智慧创造”智慧“的人工智能呢?估计很难实现,但也不是没有可能。抛开其它问题暂且不谈,当人工智能开始解决数学及物理乃至其它问题时,则又标志着我们人类的智慧又上升到了一个新的高度,这也是对自然的另一种理解。

我们必须理解的一点是,我们所得到的客体的规律只是宏观上的大概,在微观上是不准确的。但如果你非要微观上准确的客体规律,那么你将永远也得不到它!这就像中国古典文化中的朦胧美一样,”可远观而不可亵玩焉“。科学在某些方面也是具备艺术性的,它可不能仅仅凭我们的唯心主义来谋定。在某些方面,这就好比你要像享受一个珐琅瓷器的美一样来欣赏它,而不能武断而片面地专注于瓷器本身的缺陷,比如说它易碎,有瑕疵等。在这方面,我们的智慧不能用来钻牛角尖,因为它是愚蠢的,也是不可能成功的。合理地运用我们的智慧,避免出现不合理的结果。

优雅但不失简洁,这就是将文学的思维融入到科学的理念中。

透过自然现象看本质,这就是智慧的奇迹与伟岸所在。

”究天地之美,析万物之变“,庄子如是说。我们智慧的价值正体现于此。

这一首诗歌献给那些沉睡的巨人们:”我路过前人的痕迹,在这里迷失了一切。我不曾目睹人性的深渊,也未曾震撼于智慧的伟岸。世间的烟火蒙住了我的双眼,但我深明内心深处的不时呐喊。在这浩瀚无垠的宇宙中,终将闪耀着我们智慧的光芒。“

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