为什么人的思维会变得狭隘、单一?

2019-05-28 09:50


编者按:本文转载自微信公众号:混沌大学(ID:hundun-university)。混沌大学是一所没有围墙的互联网创新大学,遍邀全球名师,拓展认知边界,奉献最专业、最实用、最顶级的互联网创新课程,陪伴这个时代最有梦想的人,早半步认知这个混沌的世界。

在经典物理中本来是互斥的、不可能发生的,到了量子力学描述的微观世界,这个现象就是可能发生的。

凯发娱乐移动端app粒子。

一直以来光都是一种非常特别的东西,在___里就有光速不变,它的运动速度和其他所有物体的运动速度都不一样。那光到底是什么?本来我们好不容易通过麦克斯韦方程组和各种实验认识到光是一种波,结果现在又只能回到粒子性才能解释光电效应。

在那之后,又陆续的有很多实验证实了光的粒子性,发现了光子具有质量、具有能量、具有动能等粒子的属性。于是人们开始重新思考光的本质,提出了“波粒二象性”这一观念。

也就是说,我们不再去争论光到底是一个粒子,还是一种波,而是认为光是一种具有波和粒子两种属性的特殊物质形态。

不仅如此,德布罗意还指出,那些原本我们以为是粒子的,比如电子、质子、原子,它们其实也都是波,德布罗意称之为物质波。这就更加的匪夷所思了,因为当时根本没有任何现象能够展现出这些物质的波动性。

但德布罗意的理论很快就被电子干涉实验所证实,他也因此拿到了诺贝尔奖。洛伦兹评价德布罗意说:“年轻人抛弃物理学中的老概念,简直是易如反掌。”要知道,洛伦兹就是由于抛弃不了老概念而与狭义___的发现擦肩而过的。

互补原理

互斥的概念,竟在高层次统一

我们通过物理学中著名的双缝实验,来看一看波粒二象性。

■ 在装置当中,如果我们发射出普通的粒子,比如说棒球,它们一个一个离散地发射出来,可以穿过狭缝,达到后面的挡板上。每个棒球只可能从某一个狭缝中通过。考虑到棒球跟狭缝之间碰撞的影响,最后在后面的挡板上会形成随机的分布。这就是粒子性的体现。

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■ 如果我们发射一束波,比如说水波或者声波,它可以同时通过这两个狭缝,然后在后面发生干涉,最后出现在挡板上的就是一个清晰的明暗条纹。这就是波动性的体现。

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■ 如果我们发射量子微粒,比如说电子又会怎么样呢?首先,我们可以做到一个一个地发出电子,就像棒球那样。这些电子也会像棒球一样,一个一个地打到后面的挡板上。但最后,却发现大量电子形成的分布,却是像波一样的明暗条纹。

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这就告诉我们,这些电子在出发和到达的时候表现得像粒子,但在穿越狭缝的时候却像波一样,它能够同时通过两个狭缝。电子在这个过程中既表现了粒子性,又表现了波动性。

在经典物理当中,粒子性和波动性是完全对立的概念。那么该如何去理解量子力学中的波粒二象性呢?

尼尔斯·玻尔,这位量子力学的奠基人之一,提出了互补原理,非常好地解决了这个困扰。

他说,一个经典物理学概念A的应用,不可避免地要排除经典概念B的应用,但是B在另一些条件下又是必不可少的,那么就必须把A和B这两种经典概念融合到一起,才能形成对现象详尽无遗的描述。

也就是说,粒子的概念和波的概念,在经典物理中本来是互斥的,不可能统一到同一个物理实体上。你不可能踢着踢着足球,看着它突然化作了一个波,就像水波绕过水中的石头一样,绕过了守门员,然后又变成了一个球进门了,这是不可能发生的。

但是,正如我们在波粒二象性实验中看到的那样,到了量子力学描述的微观世界,这个现象就是可能发生的。简单来说就是,波和粒子在同一时刻本来应该是互斥的,但是它们在更高的层次上却是统一的。

反直觉

请放弃在脑中建立图像的尝试

要指出的是,不管是粒子还是波,都是经典物理中的概念,属于经典物理的语言。所以,互补原理是什么呢?其实就是当我们用经典语言来描述量子世界时,所做的一个逻辑补充。

我们之前的课也说过,尽管牛顿之后已经不断有新科学出现,但牛顿的影响仍然在持续。量子力学几乎颠覆了所有经典物理的概念,但它仍然无法完全抛弃用经典物理的语言来进行理论的诠释。

所以为什么到了现在,量子理论已经被众多的实验所证实,但对于理论的解释仍然存在一定的争议呢?可能就是我们还没有建立起一套完整的、属于量子世界的物理语言。

当然这很难,因为几乎所有的人都会觉得,只有在头脑中建立起一个图像,我们才算认识了一个事物。比如说,我们可能在其他课程中学过冰山模型、奥卡姆剃刀模型、营销漏斗,以及查理·芒格的格栅理论等等。我们在说这些抽象模型的时候,都会用冰山、剃刀、漏斗、格栅这些形象的描述来帮助大家理解。

再比如说,有时人们跟我说:“老师你讲得太抽象了,举个例子吧。”这样的要求,就是要通过已知的图像来建立新的认知。这种认识世间万物的方式,正是牛顿的方式,或者说牛顿式的思维。

在牛顿力学当中,几乎所有的科学概念都和日常经验紧密结合,紧密到每个概念,你都能在头脑中浮现一个图像,紧密到我们都忘了它只是一个抽象的概念。比如力、质量等等。而正如海森堡所说:“量子法则很清楚地告诉我们,我们平时的这些直觉概念,比如说位置、速度、大小,都没有办法简单直接地用在微小粒子之上。”

也就是说,量子力学要求我们超越这种牛顿式的认识方式,要求我们放弃在头脑中建立一个经典图像的尝试,不要用视觉想象任何东西。

这当然是反直觉的,所以就像玻尔所说:“谁如果不对量子物理感到困惑,那他肯定是不懂它。”

新“实在论”

绝对客观?不,你随时改变着它

如果在刚才的狭缝前,安装一个探测器,看看电子到底是怎么通过狭缝的,那么我们会发现,它只会通过一个狭缝。而这个时候,最后挡板上呈现的就回到了粒子性的完全随机分布,不再出现明暗条纹了。

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我们只是在实验中多加了一个探测器,结果就全变了。好像这个电子在通过狭缝的时候,竟然能够知道有没有人在观测它,然后就可以根据有没有人观测来表现出不同的特性。或者说,我们的观测会影响到量子实体的行为。

这就更加神奇了!不仅量子物体是一种以我们无法建立具体图像的方式存在的,而且它还并不是一种绝对客观的存在。

经典物理学中,我们认为外部世界是客观存在的。即使我们尚未能完整并且准确地认识这个世界,但那只是我们自己的能力尚未达到。外部世界本身肯定是客观存在,跟我们的意识无关。这种观念被称为客观实在论。

经典物理学中把物理定律看作是对自然规律的准确描述,并且认为物理学家在科研过程中只是一个观众的角色,我们的行为不会给这些研究的客体带来实质性的干扰。

但在量子现象中,我们既是演员又是观众。我们的观测行为不可避免地影响着对象的行为,一切都跟我们的观测行为挂上钩了。我们和被观测的对象融为一体了,相互影响,主客体之间的界限变得模糊了。我们不可能去研究一个所谓的绝对客观的实在世界,只能知道我们所观测到的世界是个什么样子的。

我们的观测方式会改变世界的呈现方式。我们不能从事物被观测时的样子,来推测它不被观测时的样子。这种推测所必需的连续性假设,在量子世界中是不成立的。

海森堡说过:“我们观察的不是真正的自然界,而是呈现在我们问问题方式之下的自然界。”

在这种情况下,科学变得有点像爱情一样,不再是绝对客观的了。就像爱情是两个人之间的一种关系,科学不再描述的是那个独立存在的世界,而是描述的一种我们对这个世界的认识。就好像描述我们和世界之间的一种互动。

波尔说,物理学不告诉我们世界是什么,只能说观察到的世界是什么。这个就是量子力学所带来的新的实在论,也彻底击碎了经典科学赖以成立的根基。甚至爱因斯坦都感叹道:“我为了使物理学的理论基础和这种新型的知识相适应,所做的一切努力都彻底失败了。就像从一个人的脚下抽走了地基,他在任何地方也找不到可以立论的坚实基础了。”

小结

我们人类自己的认知有没有局限性呢?人类非常想以人类社会的形式去解释自然,用我们能够看到的世界去想象那个看不到的世界。然而,我们的抽象思维却始终难以突破具象现实的局限。

互补性原理是什么呢?它其实就是一种无奈的妥协。我们为了能够用粒子和波来建立未知的量子世界的图像,只能用互补性原理来解释。

所以,面对未知的世界,我们只能:

通过观测,了解它们呈现在我们面前的样子;

不能简单地认为这就是世界本身,也不能简单地融合各种现象,而是必须跳出具象画面对我们认知的影响,建立抽象的模型;

这个抽象模型也不是科学对于世界的描述,而是科学为我们描述的关于世界的知识。

我们应该如何看待世界、看待科学呢?大概可以向爱因斯坦学习一下,他说:“我从未试图在任何场合取悦别人。”正是这种自由和独立,让他能够与他专注探索的事件保持恰当的距离,也让他避免让自己内心的平衡,置于像他人的意见、习惯、判断等不稳固的基础之上。



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