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      牛頓、愛(ài)因斯坦以及量子力學(xué)

      2014-12-15 09:22:46胡泳郝亞洲
      IT經(jīng)理世界 2014年23期
      關(guān)鍵詞:以太烏云愛(ài)因斯坦

      胡泳+郝亞洲

      如果我們想知道未來(lái),唯有通過(guò)行動(dòng),因?yàn)槲磥?lái)不可預(yù)知。

      19世紀(jì)末,20世紀(jì)初不但是世紀(jì)的轉(zhuǎn)折點(diǎn),更是人類知識(shí)體系的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。哲學(xué)上,尼采代表的存在主義哲學(xué)對(duì)理性主義發(fā)出了怒吼,那個(gè)抽象的上帝已死,感性的“人”回歸。而在物理學(xué)上,一個(gè)叫愛(ài)因斯坦的年輕人和他同時(shí)代的物理天才們正在對(duì)牛頓體系發(fā)起反抗。盡管,愛(ài)因斯坦將自己做了傳統(tǒng)理論的捍衛(wèi)者,并對(duì)量子物理產(chǎn)生抗拒心理。不可否認(rèn)的是,這些天才科學(xué)家已經(jīng)整體被認(rèn)為是新世界的奠基人。

      從古希臘哲學(xué)到牛頓力學(xué)

      對(duì)于過(guò)去300年來(lái),人類對(duì)于牛頓體系的依賴,波普爾有過(guò)一句相當(dāng)精確的描述:“自然和自然法則在夜間隱去。上帝說(shuō),讓牛頓來(lái)!于是,一切變得光明起來(lái)?!?/p>

      從古希臘時(shí)期,哲學(xué)家們就開(kāi)始思考自然運(yùn)行的法則。比如,物體下落是因?yàn)樗鼈冇汹呌谟钪嬷行牡谋灸埽ù藭r(shí),人們認(rèn)為地球就是宇宙的中心)。物體越重,本能越強(qiáng),所以,重的物體會(huì)下落得更快。天體的運(yùn)行估計(jì)是圓形的,因?yàn)檫@是天堂的完美形式。

      古希臘的科學(xué)觀由哲學(xué)家建立,缺少實(shí)驗(yàn)精神和更多的審美訴求。因此,在那個(gè)時(shí)期,出現(xiàn)了百家爭(zhēng)鳴的局面。直到中世紀(jì),亞理斯多德的科學(xué)觀和托勒密的“地心說(shuō)”被宗教所采用,成為描述天堂和地獄的依據(jù)。

      16世紀(jì),哥白尼和開(kāi)普勒分別利用算法技巧對(duì)宗教宇宙觀發(fā)起挑戰(zhàn),“地心說(shuō)”在數(shù)學(xué)上被推翻,“日心說(shuō)”掀起了新的知識(shí)革命。但是,真正對(duì)后世物理思想產(chǎn)生影響的是帕多瓦大學(xué)的一位年輕教授,年僅27歲的伽里略。作為哥白尼的信徒,為了避免布魯諾所遭受的宗教迫害,他放棄了哥白尼學(xué)說(shuō)。但是,他直接對(duì)地心說(shuō)的源頭,也就是亞理斯多德的“本能論”進(jìn)行駁斥。他的駁斥方法在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是開(kāi)天辟地,即“實(shí)驗(yàn)”。其中,最著名的當(dāng)屬比薩斜塔的落球?qū)嶒?yàn)。

      伽里略對(duì)物理學(xué)發(fā)展的意義極為深遠(yuǎn):科學(xué)只應(yīng)該處理能被證實(shí)的事情,直覺(jué)和權(quán)威是沒(méi)有意義的。科學(xué)終于擺脫了空想和計(jì)算,帶著“實(shí)驗(yàn)”精神取得了前所未有的進(jìn)步。

      1647年,伽里略去世,艾薩克·牛頓出生。這個(gè)聲稱自己是通過(guò)觀察蘋果落地而發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力的天才,一手建立的“鐘表”世界觀影響了人類的方方面面。甚至可以說(shuō),偉大的工業(yè)革命以及曾經(jīng)牢不可破的資本主義世界都是牛頓定律的產(chǎn)物。

      牛頓世界觀最直接打破了中世紀(jì)的物質(zhì)世界和精神世界合一的世界觀,比如天堂也無(wú)法擺脫物理規(guī)律的束縛。自牛頓開(kāi)始,物理學(xué)就一直在構(gòu)建一個(gè)日益精巧,且以力學(xué)為基礎(chǔ)的世界觀。整個(gè)宇宙被假定為一個(gè)巨大的機(jī)械鐘表,所謂科學(xué)就是無(wú)限地去發(fā)現(xiàn)隱藏其中的錯(cuò)綜復(fù)雜的運(yùn)轉(zhuǎn)細(xì)節(jié)。借助于萬(wàn)有引力、熱力學(xué)、光學(xué),物質(zhì)世界的每個(gè)方面,原則上都可以顯示為一個(gè)巨大的、聯(lián)動(dòng)的、合乎邏輯的機(jī)械裝置的一部分。每一個(gè)物理原理都能產(chǎn)生可預(yù)知的結(jié)果,而每一個(gè)結(jié)果都能追溯出唯一的原因。

      物理學(xué)家們認(rèn)為窮盡一生探索的因果關(guān)系,正是我們了解過(guò)去和未來(lái)的線索。也正是因果關(guān)系,讓愛(ài)因斯坦面對(duì)新的知識(shí)革命時(shí)糾結(jié)萬(wàn)分。沒(méi)有了因果,科學(xué)探索還有什么意義嗎?

      牛頓體系的影響力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了物理學(xué)范疇,社會(huì)學(xué)正是建立在“原子論”基礎(chǔ)之上,引力被亞當(dāng)斯密直接引用到了政治經(jīng)濟(jì)學(xué)中,生出了那只“看不見(jiàn)的手”。

      牛頓理論也被稱為經(jīng)典物理理論,它在人類沖破宗教統(tǒng)治的過(guò)程中,起到了根本性作用,它貫穿了整個(gè)資本主義的黃金歲月,顯得如此堅(jiān)固。

      惴惴不安的愛(ài)因斯坦

      然而,物理學(xué)界在19世紀(jì)的最后一天,迎來(lái)了其嶄新的篇章。英國(guó)著名物理學(xué)家開(kāi)爾文爵士在歐洲物理學(xué)家的聚會(huì)上發(fā)表了著名的“兩朵烏云”說(shuō)。他認(rèn)為,物理學(xué)的整體性日趨完善,但是“地平線上還有兩朵烏云”。正是這兩朵烏云,使得幾乎封頂?shù)奈锢韺W(xué)體系土崩瓦解。

      “第一朵烏云出現(xiàn)在光的波動(dòng)理論上”,“第二朵烏云出現(xiàn)在關(guān)于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上”。開(kāi)爾文爵士所言的第一朵烏云,日后演化成了愛(ài)因斯坦的相對(duì)論,第二朵烏云則是量子力學(xué)。

      19世紀(jì),人們發(fā)現(xiàn)了光的波動(dòng)性,按照經(jīng)典物理學(xué)理念,光波的傳播和水波一樣,需要在某種介質(zhì)中傳播,這就是所謂的“定域性”。于是,“以太說(shuō)”再次盛行(“以太”本是一個(gè)哲學(xué)概念,是古希臘人想象出來(lái)的空間介質(zhì))。在以太中靜止的物體為絕對(duì)靜止,相對(duì)以太運(yùn)動(dòng)的物體為絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。

      以太的假設(shè)事實(shí)上代表了傳統(tǒng)的觀點(diǎn):電磁波的傳播需要一個(gè)“絕對(duì)靜止”的參照系,當(dāng)參照系改變,光速也改變。這個(gè)“絕對(duì)靜止系”就是“以太系”。其他慣性系的觀察者所測(cè)量到的光速,應(yīng)該是 “以太系”的光速,是這個(gè)觀察者在 “以太系”上的速度之矢量

      既然“以太”存在于宇宙之間,那么一定可以通過(guò)對(duì)光波的測(cè)量,來(lái)顯示出地球相對(duì)于太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)。然而,這樣的實(shí)驗(yàn)以失敗告終。按照“以太說(shuō)”,地球并沒(méi)有運(yùn)動(dòng)。這個(gè)失敗的實(shí)驗(yàn)震動(dòng)了整個(gè)物理學(xué)界,像一朵烏云一樣,籠罩在經(jīng)典物理理論大廈的上空。

      年輕的愛(ài)因斯坦在20世紀(jì)初,發(fā)表了狹義相對(duì)論,他大膽拋棄了“以太說(shuō)”,電磁場(chǎng)本身就是物質(zhì)存在的一種形式,而場(chǎng)可以在真空中以波的形式傳播。也就是說(shuō),沒(méi)有絕對(duì)靜止的空間。光速則是恒定的,且是速度最快的物質(zhì)。

      而要理解光速為何在所有的參照體系中都相同,就必須改變牛頓的時(shí)空觀。

      牛頓認(rèn)為時(shí)間和空間是絕對(duì)的,毫無(wú)關(guān)聯(lián)的存在。時(shí)間就像河流,延續(xù)不斷,好比“逝者如斯夫”,它不依賴于我們的感慨而減緩流逝。但是,愛(ài)因斯坦拋棄了以太論,也就拋棄了絕對(duì)靜止的概念。對(duì)時(shí)間的測(cè)量取決于觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)。由于“空-時(shí)”體系的穩(wěn)定性,時(shí)間變成相對(duì)的了,空間自然也就變成相對(duì)了。

      雖然時(shí)間和空間各自不再絕對(duì),但是它們的測(cè)量關(guān)系的穩(wěn)定性導(dǎo)致了光速的不變。舉一個(gè)例子:把一把尺子放在飛馳的火車上。如果我們?cè)诳磁_(tái)上,這列火車飛馳而過(guò),那么尺子的長(zhǎng)度會(huì)縮短,我們感受到的時(shí)間流逝得也會(huì)很快。但是,時(shí)空之間的測(cè)量關(guān)系保持不變。正如愛(ài)因斯坦的老師閔可夫斯基在提出四維理論時(shí)所說(shuō),“空間本身和時(shí)間本身都注定要蛻變?yōu)榧兇獾幕糜?,只有兩者的某種聯(lián)合才能保持獨(dú)立的實(shí)在性?!?/p>

      狹義相對(duì)論的另一個(gè)重要定律是,質(zhì)量和能量是一回事,兩者可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換??臻g和時(shí)間隨物質(zhì)運(yùn)動(dòng)而變化,質(zhì)量隨運(yùn)動(dòng)而變化,質(zhì)量和能量的相互轉(zhuǎn)化。

      愛(ài)因斯坦雖然不愿承認(rèn)自己是在革牛頓的命,但事實(shí)上,正是他對(duì)牛頓體系中時(shí)空的重新定義,以及質(zhì)量與能量的轉(zhuǎn)換,推動(dòng)了量子力學(xué)體系的建立。量子力學(xué)是開(kāi)爾文爵士說(shuō)的第二朵烏云。

      1926年,量子力學(xué)的奠基人海森博格在柏林和偶像愛(ài)因斯坦進(jìn)行了一次談話,第二年,他便提出了量子力學(xué)的基礎(chǔ)性概念“測(cè)不準(zhǔn)原理”。海森博格認(rèn)為:“在位置被測(cè)定的一瞬,即當(dāng)光子正被電子偏轉(zhuǎn)時(shí),電子的動(dòng)量發(fā)生一個(gè)不連續(xù)的變化,因此,在確知電子位置的瞬間,關(guān)于它的動(dòng)量我們就只能知道相應(yīng)于其不連續(xù)變化的大小的程度。于是,位置測(cè)定得越準(zhǔn)確,動(dòng)量的測(cè)定就越不準(zhǔn)確,反之亦然?!?/p>

      這是一個(gè)徹底摧毀牛頓體系的原理,即概率取代了確定性。如果說(shuō)牛頓構(gòu)建的世界是齒輪之間高度咬合的精密機(jī)器的話,海森博格帶來(lái)的則是一個(gè)混沌的,對(duì)結(jié)果無(wú)法預(yù)知的生命體。因果論徹底失效,反而是帶有中國(guó)傳統(tǒng)文化味道的陰陽(yáng)論占據(jù)了主導(dǎo)地位。定量與位置的關(guān)系,就像陰陽(yáng),彼此矛盾,此消彼長(zhǎng)。

      在量子力學(xué)確立的過(guò)程中,最為知名的假說(shuō)便是“薛定鍔的貓”。即在打開(kāi)盒子的一剎那,我們無(wú)法預(yù)知貓是死還是活,只能認(rèn)為它是既死又活。量子力學(xué)推翻了牛頓體系中的“實(shí)在性”常識(shí),也超越了唯物主義和唯心主義的爭(zhēng)辯局面。

      如果我們想知道未來(lái),唯有通過(guò)行動(dòng),因?yàn)槲磥?lái)不可預(yù)知。

      同時(shí),量子力學(xué)對(duì)空間概念進(jìn)一步顛覆。牛頓認(rèn)為,重力來(lái)自于重力場(chǎng),由地球統(tǒng)一發(fā)出。量子力學(xué)認(rèn)為,磁場(chǎng)本身就是一種力。而在空間中,分布著各種各樣的場(chǎng)。比如,在時(shí)間和空間形成的曲面中,地球就像臉盆中的乒乓球,始終圍繞著太陽(yáng)運(yùn)行,而不是引力在起作用。

      場(chǎng)的理論顛覆了牛頓體系中單調(diào)的力學(xué)原理,物質(zhì)在場(chǎng)里不是靠外力相互作用,而是本身具有的能量場(chǎng)在相互聯(lián)系。而場(chǎng)的能量,則來(lái)自于活躍的量子自身。其在管理學(xué)中的延伸,便是野中郁次郎的場(chǎng)理論。

      空間-時(shí)間、概率性以及場(chǎng),這三大理論支撐起了自20世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的新科學(xué),同時(shí)也掀起了托馬斯·庫(kù)恩所說(shuō)的新范式革命。就像牛頓體系對(duì)人類世界的影響一樣,新科學(xué)范式帶來(lái)了全新的關(guān)于組織,關(guān)于個(gè)人的世界觀。

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