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      2017-02-07 02:08:46魏忠
      今日教育 2016年12期
      關(guān)鍵詞:海森堡玻爾愛因斯坦

      魏忠

      1941年,德國科學(xué)家海森堡秘密來到哥本哈根,最后一次見到了自己的老師玻爾。師徒二人對15年來與愛因斯坦的世紀爭論不斷獲勝的喜悅一點也沒有,他們這次見面說了些什么一直是一個謎。歷史學(xué)家對他們爭論的好奇一點也不比對他們和愛因斯坦的爭論小。結(jié)果就是,玻爾宣布與海森堡決裂并逃亡美國,海森堡回到德國開始領(lǐng)導(dǎo)納粹的原子彈研發(fā)。

      海森堡作為哥本哈根學(xué)派的先鋒,其測不準原理作為重磅炸彈,是玻爾戰(zhàn)勝愛因斯坦的重要法寶。海森堡發(fā)現(xiàn)和提出的電子狀態(tài)的觀測量子態(tài),也就是被觀測意味著改變狀態(tài),不僅是量子力學(xué)的重大轉(zhuǎn)折點,也是今天量子糾纏的基石。愛因斯坦雖然發(fā)現(xiàn)了相對論并成為量子理論的創(chuàng)始人之一顛覆了牛頓力學(xué),但是他頭腦中殘存的牛頓思維三個重要基礎(chǔ)——實在論、因果律、決定論——還是非常穩(wěn)固,就是不同意觀測即改變的海森堡測不準原理、用矩陣和統(tǒng)計學(xué)表示的海森堡的模型、毫無道理的量子超距作用。愛因斯坦面對的是物理學(xué)和哲學(xué)同樣出色的玻爾和海森堡,在十多年的爭論中,不斷處于下風(fēng),并在后來被證明完全錯了。

      玻爾與其他幾十位逃往美國的著名物理學(xué)家一起,聲討納粹的行徑,而另外一邊,非常愛國的海森堡的陣營也根本不弱,集中了若干位諾貝爾獎得主。很快,海森堡陷入了一系列量子態(tài)的糾纏狀態(tài):一方面他愛國,一方面他又反對納粹的反人類行徑;一方面他作為科學(xué)家很快領(lǐng)導(dǎo)團隊將原子堆科學(xué)推進到新的階段,另外一方面他又發(fā)現(xiàn)這會帶來人類的災(zāi)難。直到德國戰(zhàn)敗,海森堡的糾纏狀態(tài)還沒有結(jié)束,被關(guān)起來的十多位德國的頂級科學(xué)家,在美國的監(jiān)獄里精確地計算著日本廣島原子彈的當量,海森堡繼續(xù)擔(dān)任這些科學(xué)家的領(lǐng)導(dǎo)。

      戰(zhàn)后,曼哈頓計劃的負責(zé)人和海森堡又有一場曠日持久的爭論。作為戰(zhàn)敗的一方海森堡一直試圖證明德國的科學(xué)家比曼哈頓計劃的科學(xué)家更優(yōu)秀,竟還占據(jù)上風(fēng)。海森堡身上最后一個糾纏是,一生不原諒海森堡的玻爾老師設(shè)立的和平利用核能的獎項,竟然是海森堡獲得的最后一個獎。原來,二戰(zhàn)期間,他選擇留在德國只是為了避免讓喪心病狂的人為納粹政權(quán)研制出原子彈。如同海森堡的測不準原理一樣,海森堡后半生的所作所為一樣讓人測不準;如同海森堡們的量子理論一樣,那一代天才物理學(xué)家兼哲學(xué)家的恩怨情仇,一直糾纏在一起,觀測即改變。

      事情并沒有那么簡單,愛因斯坦與玻爾的爭論并沒有因為物理學(xué)的一系列實驗而結(jié)束,因為說到底他們是兩種哲學(xué)的爭論。有趣的是,多年后,美國一個著名的量子物理學(xué)家、堅定的愛因斯坦的支持者和玻爾的反對者,突然發(fā)現(xiàn)人的意識,是按照量子力學(xué)的規(guī)律進行的。例如一個人同樣思考8件事情,當他集中精力在一件事情上時,反而讓這件事情的結(jié)論不一樣了,正如海森堡的測不準原理一樣。英國心理學(xué)家進一步將人的思維定義為心靈智力,其與量子力學(xué)的規(guī)律幾乎完全一樣。今天我們知道,人的大腦由數(shù)百億個腦細胞構(gòu)成,與牛頓力學(xué)相比,更像量子力學(xué)的規(guī)律。愛因斯坦所堅持的宏觀的實在性、因果律、決定論,雖然符合宏觀世界的常識,卻越來越不符合微觀世界的實驗結(jié)果。因此,回到玻爾對愛因斯坦的批評:愛因斯坦表面堅持宏觀常識性的唯物完美哲學(xué),事實上偏離了實證科學(xué)的結(jié)果,倒是有點唯心。

      關(guān)于創(chuàng)造力,我們總想規(guī)劃:從最早的學(xué)好數(shù)理化,到今天的STEM,再到鼓勵創(chuàng)業(yè)。我們試圖用宏觀世界和牛頓時代機械論的一般規(guī)律,來結(jié)構(gòu)化地規(guī)劃創(chuàng)新的道路:9年義務(wù)教育、科技扶持、“211計劃”“985計劃”“雙一流計劃”等。然而有時卻發(fā)現(xiàn)在達到宏觀一致性的結(jié)果后,創(chuàng)新的熵值卻降到了最低。按照這個邏輯,我們很容易得出非??尚Φ慕Y(jié)論:愛因斯坦是對的錯的、海森堡是好人壞人、玻爾是正義非正義,然而這個故事中的主人公的糾纏,卻是創(chuàng)新的過程,而創(chuàng)新是測不準的。

      按照國家最新的學(xué)科分類,共設(shè)5個門類、62個一級學(xué)科、748個二級學(xué)科、近6000個三級學(xué)科,如果按照每個學(xué)科3門基礎(chǔ)專業(yè)課,每門專業(yè)課100個知識點來計算,僅僅基本的知識體系的知識點,就達到180萬個。這些知識點還僅僅是作為本科生的最基本的知識點。如果要達到碩士生和博士生必備的科技前沿的要求,其知識點則呈指數(shù)級上升。如果我們按照少的方法計算分支再擴展1000倍,達到可以進行創(chuàng)新的程度,那么知識空間的節(jié)點就將達到20億以上。這些節(jié)點之間的多維關(guān)系,恰恰就像大腦中的腦細胞的關(guān)系,這時牛頓力學(xué)失效了,量子態(tài)的創(chuàng)造力,如何遵從那幾條科技創(chuàng)新的規(guī)則以及STEM的簡單法則呢?

      因此我認為,創(chuàng)造不可預(yù)測,創(chuàng)造測不準,觀測即失效。

      雖然創(chuàng)造測不準、不可預(yù)測、糾纏,但并不意味著創(chuàng)造沒有規(guī)律、創(chuàng)造不可知。

      測不準的海森堡的成長經(jīng)歷還是有很多能夠測得準的地方:他的父親是著名的語言學(xué)教授;父母的宗教截然不同,后來母親從天主教轉(zhuǎn)向新教;從小接受較好的語言與文科藝術(shù)教育;與哥哥一起讀書,具有互相競爭與學(xué)習(xí)的環(huán)境;自學(xué)數(shù)學(xué),在高中階段就學(xué)完了微積分;在青年階段不斷碰到頂尖高手并不斷游學(xué);在最為關(guān)鍵的時候與多位諾貝爾獎獲得者共事。海森堡的成長經(jīng)歷,基本上是能夠測得準的高起點、多學(xué)科交叉,符合以學(xué)習(xí)為中心的頂級科學(xué)家一般成長規(guī)律。不難發(fā)現(xiàn)這些創(chuàng)造者的成長路徑有一個共同的規(guī)律,就是在他們成長過程中,像一個自由的電子一樣,并沒有被規(guī)劃、被觀測,他們想到哪里就走到那里,行動軌跡像布朗運動毫無規(guī)律。在這當中有人犧牲了、有人成功了,最終我們不能預(yù)測某一個人的成功或失敗,但整體的概率卻像量子力學(xué)一樣符合特有的分布。

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