緣起：
上次寫了《年輕的科學，古老的文化》引言，本來準備下來就寫關於中國文化的思考，然而事情卻有了一些變化。
原以為科學昌明的今天，大家對科學的了解應該比較多了，但後來我驚訝的發現事實並不是這樣。這源自於我的那篇小文被意外地轉出了豆腐莊，被貼在了一個高知雲集的論壇，而引起了一場不大不小的騷動。我在那篇小文中簡短地述說了精神意識在量子力學研究中的出現，因果律和客觀實在在量子力學研究中受到的衝擊，這使得有些同學不舒服，個別同學則非常憤怒，而個同學還是學物理的，並在學校裏給學生講授物理。他或者他們好象不知道這些問題在80年前就在量子物理的爭論中被提了出來，是正宗的哥本哈根的觀點解釋或者推論。
這就使我想到了，現在仍需要科普，特別是量子力學這門革命性的深刻科學。但要寫一個關於量子力學革命的深入淺出的科普不容易，因為它提出的思想太顛覆我們的傳統思維。我們顯然需要一個簡單易懂的量子革命發展史，但要寫卻比較困難，雖然我們有不少的科普著作論述量子力學的思想。倒是有一本書《上帝擲骰子嗎？》把量子革命寫的很好，不過那是一本巨著，我想可能大家沒有那麽多的時間和興趣去啃它。這裏正好我有興趣，我便按照這本書的脈絡，把量子革命怎樣發展的故事介紹給大家，希望能在數篇文章的篇幅內讓大家能夠領略量子革命的精髓，算對我前麵那篇小文的補充和辯護。
好，言歸正傳。
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量子江湖風雨錄 (1)
0。
就象江湖上那經典的一幕，曆經三百多年風霜雪劍的恩怨情仇，一個超級的武林門派傲然出世。這個門派匯集了無數身經百戰的超一流好手，群英匯萃，氣象不凡，所向披靡。它最後終於一統江山，名震江湖，成為唯一的超級霸主。任何其它的個人或者勢力在這個超級霸主麵前都顯得那麽的脆弱，那麽的不堪一擊，也更凸顯出這個超級霸主的威嚴、輝煌與驕傲。
這個超級霸主，不是別人，就是19世紀末的物理學大廈，金碧輝煌、雄偉壯觀、不可一世，以惟我獨尊的氣派統治著物理學界。
那時，牛頓力學控製著天上的行星和地上的石頭；波動理論在光學領域獨霸一方，後來又被新的電磁理論擴大到整個電磁世界；熱力學三大定律也亦基本建立；分子運動論和統計熱力學也在一幫天才的努力下獲得成功。而最重要的是，這一切理論都是相互包容的，彼此沒有任何衝突和矛盾，最終形成了一個龐大的經典物理學大同盟。
這時，最能表達物理學驕傲的應該是拉普拉斯的那句著名語錄，就是在1799年他的著作《天體力學》發表後，拿破侖問拉普拉斯：“在您宇宙體係的大作中，為什麽沒有提宇宙的創造者？”而拉普拉斯的回答是：“陛下，我不需要上帝這個假設。”因為在拉普拉斯眼力，他的理論是那樣的完美，以至於在某一時刻，隻要給定宇宙所有粒子的初始條件，人們就可以把宇宙的過去、現在和將來都清楚地用方程描述出來，展現在世人的麵前。
在經典物理學的大廈裏，因果律支配著一切，一個與精神意識無關的客觀實在不以任何精神意誌為轉移地存在著，而在物理學家的眼裏，19世紀末的物理定律已足以完整地描述這個客觀世界。科學界普遍認為，物理學到達了她輝煌的終點，不再會出現新的驚喜，而偉大的科學家開爾文勳爵甚至說：“物理學的未來，將隻有在小數點第六位後麵去尋找”。
一片歌舞升平，一片喜氣洋洋，物理學界一片金色輝煌。但是，人們不禁要問, 真的是那樣嗎？
當然不是那樣，後來物理學的發展無情地摧毀了這種理性的傲慢。在人們還沒有來得及充分享受那個物理學大廈的輝煌的時候, 20世紀初，兩場摧枯拉朽的革命在物理學的領域裏粹然而至，不可思議。第一場革命改變了人們傳統的絕對時空觀念, 那就是愛因斯坦的相對論, 而第二場革命就是由以玻爾為領袖的哥本哈根學派創立的量子力學，直接衝擊著經典物理學賴以為基礎的因果律和不以精神意識為轉移的客觀物理實在性。
作為對傳統的反叛，愛因斯壇的相對論一出現就震動了整個學術界，他的反叛理論那麽的不可思議，那麽的革命，令整個學術界都目瞪口呆，難以接受。然而在理論和實驗麵前，學術界不得不接受了他的相對論，盡管不那麽令人舒服。
然而，量子力學的反叛卻遠遠超過了愛因斯坦的相對論。如果說相對論使得經典物理學大廈發生劇烈的震動和搖晃的話，那麽量子力學則是從根本上要摧毀經典物理學的輝煌。也正因為如此，量子力學的出現才引起了物理學界的世界大戰。
當量子力學剛出現的時候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的愛因斯坦，愛因斯坦為量子力學的初期發展做出了不可磨滅的貢獻。然而，隨著量子力學的理論向縱深發展，她所表現出來的反叛令愛因斯坦也深為震驚，終於使得愛因斯坦走向了量子力學的反麵，成為反對量子力學陣營的精神領袖。
那麽，量子力學是怎樣出現和發展的？她又是怎樣反叛經典物理學的？何以能引起世界如此的震撼？
那就讓我們大概地領略一下量子力學的詭秘與迷茫，神奇與沮喪，以及成就與混亂。大家一定要記住創立量子力學的哥本哈根學派的精神領袖波爾的一句名言：
“假如一個人不為量子論感到困惑的話，那他就是沒有明白量子力學。”
1。
上麵說到，19世紀末，宏偉壯觀的經典物理學大廈落成，金碧輝煌，天空一片湛藍，這使得物理學的大廈更加光彩奪目。然而，不知何時，卻有兩朵小小的烏雲在不經意間，慢慢地出現在了瓦藍的天邊。因為人們還沉浸於剛剛落成的經典物理學大廈，所以沒有太多的人注意這兩片小小的烏雲。
然而，這兩朵烏雲卻被德高望重的物理學家開爾文注意到了，那年他76歲，是1900年的4月27日，他發表了著名的演講《在熱和光動力理論上空的19世紀烏雲》。他白發蒼蒼，以這句話開頭： “動力學理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽，顯得黯然失色了”。
其實，這兩奪烏雲在當時看來並不起眼，是物理學中在19世紀末遇到的難以理解的兩個問題。
一個是物理學家邁克爾遜和莫雷心血來潮，於1886年安排了更精確的實驗，想測量“以太”相對於地球的相對速度，而這個以太當時被認為是一個絕對靜止的參考係，地球穿過以太運動。他們的設想是，地球在以太中運動，如果在不同的運動方向上測量兩束光在以太中的速度，從它們的差別中就可算出以太相對與地球的速度。
大家沒有必要去考慮他們到底是怎麽計算的，而關鍵是當他們完成了多次的實驗後，他們驚異的發現，以太似乎對穿越於其中的光線速度毫無影響。他們認為這是一個“失敗的實驗”，因為這個實驗似乎在否定以太作為絕對靜止參照係的存在，而以太這個絕對靜止的參照係是經典時空觀在經典物理學的一個基石，誰吃了熊心豹子膽敢動這個基石？
第二朵烏雲來自黑體的輻射問題。19世紀末，人們開始對黑體輻射發生了濃厚的興趣，發現黑體輻射的能量與溫度有明確的函數關係。但究竟這個關係在理論上應該是什麽呢？
德國帝國技術研究所的物理學家維恩從從經典熱力學的思想出發，假設黑體輻射是由一些服從麥克斯韋速率分布的分子發射出來的，然後通過推演在1893年提出了一個輻射能量與溫度的分布公式。但這個公式卻隻在短波範圍內與實驗數據吻合很好，在長波範圍就出現很大偏差。
後來英國的物理學家瑞利和意大利物理學家金斯共同努力從類波的角度出發推導出了另外一個公式，計算黑體輻射的公式。遺憾的是，這個公式與維恩的公式正好相反，隻在長波範圍內與實驗數據吻合很好，在短波範圍會出現很大偏差。
大家可以不理會這朵烏雲具體是什麽，隻要知道物理學家從經典物理學裏推導出了兩個公式來描述同一物理現象 – 黑體輻射，一個從經典粒子的角度出發去推導，另一個從類波的角度去推導，得到的公式隻分別適用於短波或者長波，不能通用，很難解決。這就是個問題，說明經典物理學缺了些什麽。
盡管這兩朵烏雲令人百思不解，但由於它們不合時宜地出現在了經典物理學輝煌大廈的落成之時，物理學界還是充滿了樂觀，認為必定能在當時已有的理論框架內得以解決，不必擔心。
然而，令人料想不到的是，正是這出現在19世紀末的兩朵不起眼的烏雲，在短短20多年的時間內，先是在經典物理學大廈上空形成了滿天烏雲，繼而電閃雷鳴，很快便刮起了狂風暴雨，將經典物理學的宏偉大廈連根拔起，摔得七零八落，同時也使得理論物理學走進了迷宮，至今沒有完全突圍出來。
第一朵烏雲導致了相對論的誕生，把人們拉入了時空物質相互糾纏的玄妙世界，迫使我們思考從沒有時間、沒有空間、沒有物質的狀況怎樣幻化出時間、空間和物質，並形成我們所處的這個豐富多彩的的世界，當然還包括我們人類的生命和精神意識。
第二朵烏雲導致了量子力學的誕生，由哥本哈根學派創立，在他們的解釋裏，它衝擊我們原有的因果律，否定我們身外存在一個客觀的物理實在，在其推論中更將精神意識引入了物理學的領域裏麵來。這個理論倔強地與相對論發生衝突，倔強地與很多其它解釋爭奪在物理學中的霸主地位。
限於篇幅，我們不去關注第一朵烏雲，就讓我們隻關注第二朵烏雲吧，看它怎樣演變成了滿天烏雲，怎樣演變成了狂風暴雨，怎樣衝擊經典物理學的根基。
2。
對大學物理有些概念的人肯定都會記得大名鼎鼎的普朗克。普朗克當時是德國柏林大學(柏林一所大學？)的物理學教授，他對黑體輻射問題發生了興趣，他想一舉解決這個難題。雖然他當時隻知道維恩的公式(適合短波)，但他也知道黑體輻射在長波時的關係，雖然他不知道瑞利-金斯公式。
然而，經過了六年的艱苦努力，他沒有成功，這很令他沮喪。那時他已從朋友那兒知道了在長波時的瑞利-金斯公式。後來普朗克想，要不我先玩個小聰明，利用數學的內差法，先湊一個通用的公式出來，在短波時變成維恩公式，在長波時變成瑞利-金斯公式，其它以後再說。當然，這個不用有物理理論支持，細心湊就行了。
很快普朗克就湊了一個公式出來，他把新鮮出爐的公式發表在1900年10月在柏林召開的德國物理學會的一個會議上。令人驚訝的是，他的公式很快就被證實與實驗數據十分精確的符合。普朗克自己也很驚訝，沒想到他僥幸湊的公式竟然有這麽大的威力。
雖然普朗克不知道這個湊出來的公式背後到底隱藏著什麽樣的秘密, 但普朗克通過六年的探索已經敏銳地感覺到那是個驚人的大秘密，會對整個熱力學和電磁學至關重要。他決定背水一戰，破釜沉舟，除了熱力學的兩個基本定律不能動外，他決定什麽都可以去挑戰。但他萬萬沒有想到的是，當他找到了那個秘密後，他自己先給嚇得魂不附體。
經過了一段時間的艱苦奮戰，普朗克終於找到了那個他後來得諾貝爾獎時說的“意想不到”的東西，就是：
“僅僅引入分子運動理論還是不夠的，在處理熵和幾率的關係時，如果要使得我們的新方程成立，就必須做一個假定，假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的。”
大家可能覺得這並沒有什麽了不起的，就“假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的”不就行了嗎？但當你真正了解了這句話的含義後，你也就會膽戰心驚了。
大家要特別注意普朗克假設中的“不連續性”，因為連續性和平滑性假設是數學微積分的堅實基礎，而經典物理學的龐大體係就是建立在這個數學體係之上。在經典物理學中，有了任何難以解決的問題，你動什麽都可以，唯獨這個基礎你連要碰的想法都不能有。就象普朗克最後想的那樣，他豁出去了，拚命了，他除了熱力學中的兩個基本定律不能動外，他在熱力學中什麽都願意去挑戰。但那隻是熱力學啊，他連那個基礎都不敢動。現在，他發現自己被迫要動整個經典物理學大廈的根基，他能不嚇壞嗎？
最後，普朗克還是在1900年12月14日在德國物理學會的學術會議上發表了他的論文，提出了自己的假設。
他的假設令所有聽到這個假設的物理學家都震驚不已。但人們沒有想到的是，正是普朗克的假設啟動了量子力學的革命，而更多更大的震驚便接踵而來，一發而不可收拾。
量子力學革命在20世紀的第一年的最後一個月就爆發了，而能量的不連續性就是後來講的能量的量子化。
如果能量真是量子化的，那麽首當其衝受到質疑的就應該是麥克斯韋爾的電磁理論，在普朗克看來，這是不可能的。他寧願相信能量的量子化隻是數學上為了方便引入的一個假設而已，不是物理上的真實。
但很快，普朗克的量子化假設便被廣泛傳播，具有反叛精神的物理學家們開始把普朗克開創的量子化假設不斷推向前進，十幾年就出現了一個個意想不到反傳統的結果。普朗克則越來越害怕，終於拋棄了自己開創的量子化領域，並一再提醒大家，不到萬不得已，不要在量子化領域胡思亂想。
然而，普朗克一旦放出了”量子化“這個幽靈，他就再也收不回去了，也就注定了“量子化” 這個幽靈要將經典的物理世界攪個天昏地暗。
後事如何，下回分解。
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香草-
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第2樓
2010-03-18 15:57:08
發表於: 2010-03-18 15:57:08 [引用]
豆腐莊的掌櫃們就是有學問！這兩朵烏雲整得好！也羨慕理工科的同學，懂那麽多，真是：上至天文，下至地理。我時常想，如果把我放到古代社會去我什麽科學也帶不回去，多愁人哪。
最近看的書中有一本是談輪回的，作者是美國一位大學教授，剛讀到一半，邊讀邊想，所以慢，也有收獲，因為讀此書前的我和現在的我有些不同...總的來說比較玄，但是我很願意讀，西方人思辨分析求實的作風讓人舒坦。---歡迎批評，但是我就是這麽想的。
凱掌櫃行文有個特點，我說不出來，隻覺得讀起來一層層的好像梯田，不知不覺就上山頂了，當然也能下來。：）或許我的比喻不大成熟，我是想說：閱讀的過程相當愉悅。我也想讀一些入門性的有關時間宇宙四維時空的書，當個開明人士。
鼓掌，早點貼下文。
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凱文西
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2010-03-19 10:59:02
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香草- 說:
豆腐莊的掌櫃們就是有學問！這兩朵烏雲整得好！也羨慕理工科的同學，懂那麽多，真是：上至天文，下至地理。我時常想，如果把我放到古代社會去我什麽科學也帶不回去，多愁人哪。
最近看的書中有一本是談輪回的，作者是美國一位大學教授，剛讀到一半，邊讀邊想，所以慢，也有收獲，因為讀此書前的我和現在的我有些不同...總的來說比較玄，但是我很願意讀，西方人思辨分析求實的作風讓人舒坦。---歡迎批評，但是我就是這麽想的。
凱掌櫃行文有個特點，我說不出來，隻覺得讀起來一層層的好像梯田，不知不覺就上山頂了，當然也能下來。：）或許我的比喻不大成熟，我是想說：閱讀的過程相當愉悅。我也想讀一些入門性的有關時間宇宙四維時空的書，當個開明人士。
鼓掌，早點貼下文。
我也很喜歡豆腐莊掌櫃們的文字，都很有思想。這裏氣氛很好，很寧靜，是學習的好地方，全沒有外界的喧鬧和吵雜。
作為學理工的，我們又常常羨慕文科同學們的文采和對社會現象的深刻理解。實際上很多理工科方麵的專家教授在自己的研究領域裏很有造詣，出了自己的領域，很多時候就顯得不那麽淵博。還有一個有趣的現象是，這些專家很專注於自己的研究，有時候對自己研究成果的隱含意義並不十分了解。就象量子力學一樣，很多隱含的意義並不為學物理的人所知道。
所以，我更喜歡讀跨學科的書。
客觀地說，西方一些科普作家或者其它方麵的學者寫出來的書要好看的多，精彩的多。盡管有時你可能不同意他的觀點，但其思辯和求實的作風卻是我們所不能比擬的。
我覺得思辯很重要，但往往被我們時代的人所忽略。就象科學技術，大部分人注意的是技術的發展，技術的應用和技術的成果，他們不太分什麽是科學什麽是技術，很多時候誤把技術當科學。其實，科學更注重抽象思辯。
我寫東西比較死板，不活潑，是個很大的問題。我正試圖改變這種現象，看看能否把枯燥的東西寫得有意思一點，正在嚐試。
謝謝香草的鼓勵，我會堅持把這個枯燥但卻非常重要的題目寫完。
：- )
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一果兒
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2010-03-20 22:39:56
發表於: 2010-03-20 22:39:56 [引用]
凱老師寫得好，引人入勝，等不及要讀你的下篇。
這麽硬性的題目你寫得一點也不枯燥，讀來趣味無窮。
要是有些比較抽象的段落裏多加一點解釋就好了。
“這些專家很專注於自己的研究，有時候對自己研究成果的隱含意義並不十分了解。”
這話說得有份量，技術員和科學家的區別就是在這裏吧。
凱老師能不能介紹一些通俗的英文版的物理發展史？
剛才跑去你的博客找年輕的科學，居然麻都木有？
給了蓮子吧，多謝多謝啦。
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出喝酒
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2010-03-20 23:06:23
發表於: 2010-03-20 23:06:23 [引用]
偶雖然沒有看完（今天太累了……），不過要先跑來頂一下……
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婭米
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2010-03-21 09:27:32
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特別佩服文理通吃的人。也向凱老師致敬！我有個大學同學，孩子在國內上高中分文理科班，他堅決要孩子上理科班，雖然父母兩個都是學文的而且孩子文科也很好。他的理由是，如果真的喜歡文科喜歡寫作，什麽時候轉行都來得及，魯迅是學醫的，王小波是學數學的，餘華也是學醫的，但是還沒聽說哪個學文科的後來轉行成了科學家的。
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凱文西
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2010-03-22 07:25:09
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一果兒 說:
凱老師寫得好，引人入勝，等不及要讀你的下篇。
這麽硬性的題目你寫得一點也不枯燥，讀來趣味無窮。
要是有些比較抽象的段落裏多加一點解釋就好了。
“這些專家很專注於自己的研究，有時候對自己研究成果的隱含意義並不十分了解。”
這話說得有份量，技術員和科學家的區別就是在這裏吧。
凱老師能不能介紹一些通俗的英文版的物理發展史？
剛才跑去你的博客找年輕的科學，居然麻都木有？
給了蓮子吧，多謝多謝啦。
謝謝一果兒的閱讀。：- )
我對一般物理發展史涉獵的並不多，我主要對新物理學(相對於經典物理學來說)比較有興趣。對新物理學來說PAUL DAVIES 的書《GOD AND THE NEW PHYSICS》寫的比較通俗易懂，他更傾向於無神論，書中對GOD的存在提出很多質疑。
另外一本是ROGER PENROSE的書《THE EMPEROR‘S NEW MIND》，對經典物理和新物理都有介紹，還涉及到數學，人工智能，意識，等領域。他可能稍微有些唯心。
STEPHE HAWKING的書《A BRIEF HISTORY OF TIME》是家喻戶曉。他很無神論。
當然還有很多書。
我的那篇文章“年輕的科學，古老的文化” 就貼在莊裏，鏈子是
http://groups.wenxuecity.com/discussion.php?gid=651&pid=66454
：- )
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凱文西
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第8樓
2010-03-22 07:38:12
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出喝酒 說:
偶雖然沒有看完（今天太累了……），不過要先跑來頂一下……
出掌櫃，趕快上照片！：- )
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凱文西
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第9樓
2010-03-22 07:45:00
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婭米 說:
特別佩服文理通吃的人。也向凱老師致敬！我有個大學同學，孩子在國內上高中分文理科班，他堅決要孩子上理科班，雖然父母兩個都是學文的而且孩子文科也很好。他的理由是，如果真的喜歡文科喜歡寫作，什麽時候轉行都來得及，魯迅是學醫的，王小波是學數學的，餘華也是學醫的，但是還沒聽說哪個學文科的後來轉行成了科學家的。
婭米掌櫃太高抬文理同吃了，其實最終就隻是半瓶子醋。：- )
我還是相信學有專攻，方能出有份量的成就。所謂文理同吃，就是隨便聊天消遣罷了。
婭米掌櫃最近有什麽大作，人生感悟，貼上來讓我們學習學習。
：- )
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拈花微笑
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2010-03-22 10:27:34
發表於: 2010-03-22 10:27:34 [引用]
凱老師這個科普演義，寫得很棒。深入淺出，引人入勝。
的確，像霍金的《時間簡史》這樣的將高深的理論物理通俗化的科普讀物，現在還是很少。
對於科學演進，我比較同意我們辛辛那提的科學史家,科學哲學家 －庫恩的說法。
庫恩在1962年發表的《科學革命的結構》(The Structure of Scientific Revolutions) 一書，係統闡述了一種“範式”的科學觀。在他看來，科學首先是在“範式”(paradigm) 支配下，為解決“範式”所提出的“疑點”的高度定向的研究活動，這是科學的常規活動；隻有當已有的“範式”不足以應付新的問題的挑戰時，這個常規的發展才會暫時中斷，科學便因此陷入危機，最後導致新“範式”取代舊“範式”的科學革命。
在1989年發表的《接受學導論》一書中，我曾也討論過康德的十二範疇，伽德默爾的“視界”和庫恩的“範式”。在我看來，由於這些認知結構的主觀性，任何科學理論，隻具有解釋性和有用性。而不具有真理性。或遲或早，終會被證偽。這也當然包括量子力學。
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凱文西
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第11樓
2010-03-22 14:45:10
發表於: 2010-03-22 14:45:10 [引用]
拈花微笑 說:
凱老師這個科普演義，寫得很棒。深入淺出，引人入勝。
的確，像霍金的《時間簡史》這樣的將高深的理論物理通俗化的科普讀物，現在還是很少。
對於科學演進，我比較同意我們辛辛那提的科學史家,科學哲學家 －庫恩的說法。
庫恩在1962年發表的《科學革命的結構》(The Structure of Scientific Revolutions) 一書，係統闡述了一種“範式”的科學觀。在他看來，科學首先是在“範式”(paradigm) 支配下，為解決“範式”所提出的“疑點”的高度定向的研究活動，這是科學的常規活動；隻有當已有的“範式”不足以應付新的問題的挑戰時，這個常規的發展才會暫時中斷，科學便因此陷入危機，最後導致新“範式”取代舊“範式”的科學革命。
在1989年發表的《接受學導論》一書中，我曾也討論過康德的十二範疇，伽德默爾的“視界”和庫恩的“範式”。在我看來，由於這些認知結構的主觀性，任何科學理論，隻具有解釋性和有用性。而不具有真理性。或遲或早，終會被證偽。這也當然包括量子力學。
看來笑兄是專家了，有專家在莊裏，真是令人高興。：- )
首先跟笑兄確證一下，你現在在欣欣那提嗎？看你說“我們辛辛那提” ，我就很好奇，透著你對欣欣那提很有感情。嗬嗬。
對科學範式的改變我一直有些問題很迷糊，正好笑兄對這方麵很有研究，我就請教一下。
一個問題是，科學範式的改變是否是純學術的行為？社會輿論或者其它因素在科學範式改變中的作用有多大？例如，達爾文進化論在初創時似乎在學術上並沒有壓倒的解釋優勢，好象更多的是思想的反叛和輿論控製導向加速了達爾文進化論的傳播，後來才被學術界接受。而目前智能設計論的倡導者，似乎也在效法當年達爾文派用過的策略。
第二個問題，是關於笑兄說的“由於這些認知結構的主觀性，任何科學理論，隻具有解釋性和有用性。而不具有真理性。” 這個提法是否排斥科學理論的真理性？我們能否說科學理論是一種相對真理，是對絕對真理的逼近？還是說沒有絕對真理？我對這個比較糊塗。原因是，在我後麵介紹的量子力學解釋中就牽扯到這樣的問題。
比如說，綠島MM以前畫過一幅“白馬圖” ，曾經名動江湖。我們似乎認定綠MM畫的馬是“白色” ，這就是絕對真理。但是仔細分析就不對了，因為在我們人類正常眼睛所能看的波長範圍內，我們看到的是“白色” 。如果把觀察的波長範圍變了，比如蜜蜂的眼睛，它看到的馬是“藍紫色” 。如果繼續變儀器(例如眼睛) 的觀察波長範圍，那麽我們看到馬的顏色則是其它顏色。
這樣說來，綠MM畫的馬沒有一個“絕對顏色” ，這也好象沒有絕對真理了一樣。
笑兄有何看法。
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拈花微笑
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第12樓
2010-03-23 07:41:32
發表於: 2010-03-23 07:41:32 [引用]
嗬嗬，凱兄別客氣哈，請教不敢當。我不是攻科學史的。我隻在比較哲學和文化方麵做了些作業。更何況我現在隻是一名電腦工程師。
新舊“範式”的交替，也是個社會學的過程，有政治，宗教，心理，以及商業的因素參與。
我對絕對真理沒有信心。真理意味著有一種放之四海，放之古今而皆準的認識。可是，這種認識從來沒有人掌握過。真理，隻是宗教的理想。試問，真理如何可能？客觀性如何可能？任何觀察都滲透了理論。我們的感官都經過訓練。我們隻能看到我們被教會看的東西，期望看到的東西。有時，我們甚至會聽而不聞，視而不見。偶然間，我們不經意地看到某種新現象，而現有的“範式”無法解釋，我們會大驚失色，開始懷疑。尋找新的解釋。於是，新的“範式”就誕生了。這種新舊“範式”的積累，會不會導致由所謂相對真理達到絕對真理呢？我看未必。因為這個過程是不可窮盡。此外，按照庫恩的說法，新舊“範式”之間，不具有可通約性。因此，新舊“範式”是不能簡單積累的。
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一果兒
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第13樓
2010-03-23 18:43:46
發表於: 2010-03-23 18:43:46 [引用]
兩位老師的交流好玄啊：-)
網上看到這篇文章，也放在這裏吧。
http://bbs.99read.com/dispbbs.asp?boardid=18&Id=151269
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曉拂
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第14樓
2010-03-24 10:41:57
發表於: 2010-03-24 10:41:57 [引用]
凱兄和笑兄的交流很有意思。
我覺得，不同時空裏的物質微粒不同，所以顏色在不同的時空裏看到的也不同。人
都太執於自己這個時空裏所見，殊不知眼睛看見的也未必真實。
什麽是真理呢？人都有自己的理解。而人的知識和能力又是如此有限，所以所謂的
真理也不過是瞎子摸象之說了。
在天地之間、在上帝麵前，人能做的就是謙卑。不要太固執了，不要太認為自己了
不起了。
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凱文西
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第15樓
2010-03-24 14:38:56
發表於: 2010-03-24 14:38:56 [引用]
拈花微笑 說:
嗬嗬，凱兄別客氣哈，請教不敢當。我不是攻科學史的。我隻在比較哲學和文化方麵做了些作業。更何況我現在隻是一名電腦工程師。
新舊“範式”的交替，也是個社會學的過程，有政治，宗教，心理，以及商業的因素參與。
我對絕對真理沒有信心。真理意味著有一種放之四海，放之古今而皆準的認識。可是，這種認識從來沒有人掌握過。真理，隻是宗教的理想。試問，真理如何可能？客觀性如何可能？任何觀察都滲透了理論。我們的感官都經過訓練。我們隻能看到我們被教會看的東西，期望看到的東西。有時，我們甚至會聽而不聞，視而不見。偶然間，我們不經意地看到某種新現象，而現有的“範式”無法解釋，我們會大驚失色，開始懷疑。尋找新的解釋。於是，新的“範式”就誕生了。這種新舊“範式”的積累，會不會導致由所謂相對真理達到絕對真理呢？我看未必。因為這個過程是不可窮盡。此外，按照庫恩的說法，新舊“範式”之間，不具有可通約性。因此，新舊“範式”是不能簡單積累的。
我覺得笑兄的見解是相當深刻的。：- )
確實在我們的世界裏，我們觀察我們周圍的一切，很大程度上取決於我們自己認可或者接受的世界觀和價值觀。很多時候我們本能地排斥異己。這就是笑兄說的“我們隻能看到我們被教會看的東西，期望看到的東西。有時，我們甚至會聽而不聞，視而不見。” 。或許正象笑兄說的，“真理隻是宗教的理想” ，或者隻有天國才存在真理，如果有天國的話。
在我後麵介紹的量子力學的解釋裏，就我們外界的物理世界而言，不存在一個“客觀的外部世界” ，一切都與觀察測量的方式相聯係。在這一點上，笑兄的理解倒是跟量子力學的解釋很有一致性。： - )
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凱文西
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第16樓
2010-03-24 14:43:24
發表於: 2010-03-24 14:43:24 [引用]
一果兒 說:
兩位老師的交流好玄啊：-)
網上看到這篇文章，也放在這裏吧。
http://bbs.99read.com/dispbbs.asp?boardid=18&Id=151269
一果兒轉的朱清時校長的文章我看了一下，滿有意思。：- )
新物理學包括相對論和量子力學，對唯物主義的衝擊是非常巨大的。因為唯物主義賴以存在的基礎“物質是永恒的” ，在新物理學裏已經不複存在。相對論把物質與能量連接了起來，它們可以互相轉化。相對論把物質、時間和空間也聯係了起來，它們也可以互相轉化。
而量子力學的“不確定性原理”( 有人叫“測不準原理”) 告訴我們能量是可以“從無到有的” ，從無到有的能量就幻化出了我們這個世界包括時間、空間和物質。這個“從無到有”的理論被描述成宇宙起源的 “暴脹理論”( 我們後麵會介紹) 。
這樣，唯物主義的麻煩就大了。：- )
朱校長說，超弦理論挑戰“物理世界的客觀性” 。其實，量子力學的解釋就開始挑戰了，而量子力學在超弦理論裏是個基礎。超弦理論或者更新的M理論還不成熟，還在發展階段。但量子力學已經很成熟了。
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凱文西
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第17樓
2010-03-24 14:46:59
發表於: 2010-03-24 14:46:59 [引用]
曉拂 說:
凱兄和笑兄的交流很有意思。
我覺得，不同時空裏的物質微粒不同，所以顏色在不同的時空裏看到的也不同。人
都太執於自己這個時空裏所見，殊不知眼睛看見的也未必真實。
什麽是真理呢？人都有自己的理解。而人的知識和能力又是如此有限，所以所謂的
真理也不過是瞎子摸象之說了。
在天地之間、在上帝麵前，人能做的就是謙卑。不要太固執了，不要太認為自己了
不起了。
曉拂提到不同的時空很有意思。：- )
現代物理學和宇宙學的很多理論已經要借助超出我們時空的其它空間才能解釋(例如超弦理論的10維空間，還有其它的宇宙理論)，這個就給物理學帶來了很大困惑。因為如果要借助超出我們時空的空間，那麽這些理論的實證就遇到不可逾越的麻煩。但現代物理學或者宇宙學又必須借助其它時空的思想，否則很難理解我們的宇宙。因為我們在自己的宇宙裏研究宇宙，這是個邏輯的“自指” 問題，是個怪圈。
我們拭目以待，看物理上將來會有什麽出路。
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曉拂
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第18樓
2010-03-24 19:37:42
發表於: 2010-03-24 19:37:42 [引用]
凱文西 說:
曉拂 說:
凱兄和笑兄的交流很有意思。
我覺得，不同時空裏的物質微粒不同，所以顏色在不同的時空裏看到的也不同。人
都太執於自己這個時空裏所見，殊不知眼睛看見的也未必真實。
什麽是真理呢？人都有自己的理解。而人的知識和能力又是如此有限，所以所謂的
真理也不過是瞎子摸象之說了。
在天地之間、在上帝麵前，人能做的就是謙卑。不要太固執了，不要太認為自己了
不起了。
曉拂提到不同的時空很有意思。：- )
現代物理學和宇宙學的很多理論已經要借助超出我們時空的其它空間才能解釋(例如超弦理論的10維空間，還有其它的宇宙理論)，這個就給物理學帶來了很大困惑。因為如果要借助超出我們時空的空間，那麽這些理論的實證就遇到不可逾越的麻煩。但現代物理學或者宇宙學又必須借助其它時空的思想，否則很難理解我們的宇宙。因為我們在自己的宇宙裏研究宇宙，這是個邏輯的“自指” 問題，是個怪圈。
我們拭目以待，看物理上將來會有什麽出路。
其實，另外的時空就與我們的時空同時同地存在著。隻不過尋常人的肉眼看不到
而已。總覺得研究另外時空的方法可能需要改變一下。若被一些常人的觀念（或者
說實證科學的觀念）障礙住，是研究不出結果的。
還是孩子小的時候，聖誕期間，我們一起看一部片子“聖誕老人的來曆”。說聖·
尼古拉（那時候還不是聖誕老人，是個少年。）係上一條紅腰帶就可以穿越到另外
的時空裏去。
不知此故事真實與否。然而，我知道人是有辦法去到另外的時空的。這個能力不是
從外界獲得，而要向我們的內心去尋求。
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豆腐酒
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第19樓
2010-03-24 23:30:48
發表於: 2010-03-24 23:30:48 [引用]
這風雲錄寫得的確好看。
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酸豆汁
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我的群組
第20樓
2010-03-26 21:40:24
發表於: 2010-03-26 21:40:24 [引用]
這篇是近期唯一存起來的文章，凱掌櫃是大才！
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凱文西
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我的群組
第21樓
2010-03-29 11:01:38
發表於: 2010-03-29 11:01:38 [引用]
謝謝曉拂的回複。在科學上探索其它空間，要靠的是實證或者推理，這也確實是個問題。當然科學是有它不能達到的領域。：- )
謝謝酒掌櫃的美言。酒掌櫃的“過大俠傳”語言功底實在了得，故事也是相當地引人入勝。盼望能盡管看到下一集。嗬嗬。
也謝謝酸豆汁掌櫃。豆汁掌櫃的詩、文、評論、圖片都是超一流的，我等要好好向豆汁學習。： - )
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qsu
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第22樓
2010-06-27 03:51:43
發表於: 2010-06-27 03:51:43 [編輯] [引用]
凱文西 說:
緣起：
上次寫了《年輕的科學，古老的文化》引言，本來準備下來就寫關於中國文化的思考，然而事情卻有了一些變化。
原以為科學昌明的今天，大家對科學的了解應該比較多了，但後來我驚訝的發現事實並不是這樣。這源自於我的那篇小文被意外地轉出了豆腐莊，被貼在了一個高知雲集的論壇，而引起了一場不大不小的騷動。我在那篇小文中簡短地述說了精神意識在量子力學研究中的出現，因果律和客觀實在在量子力學研究中受到的衝擊，這使得有些同學不舒服，個別同學則非常憤怒，而個同學還是學物理的，並在學校裏給學生講授物理。他或者他們好象不知道這些問題在80年前就在量子物理的爭論中被提了出來，是正宗的哥本哈根的觀點解釋或者推論。
這就使我想到了，現在仍需要科普，特別是量子力學這門革命性的深刻科學。但要寫一個關於量子力學革命的深入淺出的科普不容易，因為它提出的思想太顛覆我們的傳統思維。我們顯然需要一個簡單易懂的量子革命發展史，但要寫卻比較困難，雖然我們有不少的科普著作論述量子力學的思想。倒是有一本書《上帝擲骰子嗎？》把量子革命寫的很好，不過那是一本巨著，我想可能大家沒有那麽多的時間和興趣去啃它。這裏正好我有興趣，我便按照這本書的脈絡，把量子革命怎樣發展的故事介紹給大家，希望能在數篇文章的篇幅內讓大家能夠領略量子革命的精髓，算對我前麵那篇小文的補充和辯護。
好，言歸正傳。
*************************************************************************************
量子江湖風雨錄 (1)
0。
就象江湖上那經典的一幕，曆經三百多年風霜雪劍的恩怨情仇，一個超級的武林門派傲然出世。這個門派匯集了無數身經百戰的超一流好手，群英匯萃，氣象不凡，所向披靡。它最後終於一統江山，名震江湖，成為唯一的超級霸主。任何其它的個人或者勢力在這個超級霸主麵前都顯得那麽的脆弱，那麽的不堪一擊，也更凸顯出這個超級霸主的威嚴、輝煌與驕傲。
這個超級霸主，不是別人，就是19世紀末的物理學大廈，金碧輝煌、雄偉壯觀、不可一世，以惟我獨尊的氣派統治著物理學界。
那時，牛頓力學控製著天上的行星和地上的石頭；波動理論在光學領域獨霸一方，後來又被新的電磁理論擴大到整個電磁世界；熱力學三大定律也亦基本建立；分子運動論和統計熱力學也在一幫天才的努力下獲得成功。而最重要的是，這一切理論都是相互包容的，彼此沒有任何衝突和矛盾，最終形成了一個龐大的經典物理學大同盟。
這時，最能表達物理學驕傲的應該是拉普拉斯的那句著名語錄，就是在1799年他的著作《天體力學》發表後，拿破侖問拉普拉斯：“在您宇宙體係的大作中，為什麽沒有提宇宙的創造者？”而拉普拉斯的回答是：“陛下，我不需要上帝這個假設。”因為在拉普拉斯眼力，他的理論是那樣的完美，以至於在某一時刻，隻要給定宇宙所有粒子的初始條件，人們就可以把宇宙的過去、現在和將來都清楚地用方程描述出來，展現在世人的麵前。
在經典物理學的大廈裏，因果律支配著一切，一個與精神意識無關的客觀實在不以任何精神意誌為轉移地存在著，而在物理學家的眼裏，19世紀末的物理定律已足以完整地描述這個客觀世界。科學界普遍認為，物理學到達了她輝煌的終點，不再會出現新的驚喜，而偉大的科學家開爾文勳爵甚至說：“物理學的未來，將隻有在小數點第六位後麵去尋找”。
一片歌舞升平，一片喜氣洋洋，物理學界一片金色輝煌。但是，人們不禁要問, 真的是那樣嗎？
當然不是那樣，後來物理學的發展無情地摧毀了這種理性的傲慢。在人們還沒有來得及充分享受那個物理學大廈的輝煌的時候, 20世紀初，兩場摧枯拉朽的革命在物理學的領域裏粹然而至，不可思議。第一場革命改變了人們傳統的絕對時空觀念, 那就是愛因斯坦的相對論, 而第二場革命就是由以玻爾為領袖的哥本哈根學派創立的量子力學，直接衝擊著經典物理學賴以為基礎的因果律和不以精神意識為轉移的客觀物理實在性。
作為對傳統的反叛，愛因斯壇的相對論一出現就震動了整個學術界，他的反叛理論那麽的不可思議，那麽的革命，令整個學術界都目瞪口呆，難以接受。然而在理論和實驗麵前，學術界不得不接受了他的相對論，盡管不那麽令人舒服。
然而，量子力學的反叛卻遠遠超過了愛因斯坦的相對論。如果說相對論使得經典物理學大廈發生劇烈的震動和搖晃的話，那麽量子力學則是從根本上要摧毀經典物理學的輝煌。也正因為如此，量子力學的出現才引起了物理學界的世界大戰。
當量子力學剛出現的時候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的愛因斯坦，愛因斯坦為量子力學的初期發展做出了不可磨滅的貢獻。然而，隨著量子力學的理論向縱深發展，她所表現出來的反叛令愛因斯坦也深為震驚，終於使得愛因斯坦走向了量子力學的反麵，成為反對量子力學陣營的精神領袖。
那麽，量子力學是怎樣出現和發展的？她又是怎樣反叛經典物理學的？何以能引起世界如此的震撼？
那就讓我們大概地領略一下量子力學的詭秘與迷茫，神奇與沮喪，以及成就與混亂。大家一定要記住創立量子力學的哥本哈根學派的精神領袖波爾的一句名言：
“假如一個人不為量子論感到困惑的話，那他就是沒有明白量子力學。”
1。
上麵說到，19世紀末，宏偉壯觀的經典物理學大廈落成，金碧輝煌，天空一片湛藍，這使得物理學的大廈更加光彩奪目。然而，不知何時，卻有兩朵小小的烏雲在不經意間，慢慢地出現在了瓦藍的天邊。因為人們還沉浸於剛剛落成的經典物理學大廈，所以沒有太多的人注意這兩片小小的烏雲。
然而，這兩朵烏雲卻被德高望重的物理學家開爾文注意到了，那年他76歲，是1900年的4月27日，他發表了著名的演講《在熱和光動力理論上空的19世紀烏雲》。他白發蒼蒼，以這句話開頭： “動力學理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽，顯得黯然失色了”。
其實，這兩奪烏雲在當時看來並不起眼，是物理學中在19世紀末遇到的難以理解的兩個問題。
一個是物理學家邁克爾遜和莫雷心血來潮，於1886年安排了更精確的實驗，想測量“以太”相對於地球的相對速度，而這個以太當時被認為是一個絕對靜止的參考係，地球穿過以太運動。他們的設想是，地球在以太中運動，如果在不同的運動方向上測量兩束光在以太中的速度，從它們的差別中就可算出以太相對與地球的速度。
大家沒有必要去考慮他們到底是怎麽計算的，而關鍵是當他們完成了多次的實驗後，他們驚異的發現，以太似乎對穿越於其中的光線速度毫無影響。他們認為這是一個“失敗的實驗”，因為這個實驗似乎在否定以太作為絕對靜止參照係的存在，而以太這個絕對靜止的參照係是經典時空觀在經典物理學的一個基石，誰吃了熊心豹子膽敢動這個基石？
第二朵烏雲來自黑體的輻射問題。19世紀末，人們開始對黑體輻射發生了濃厚的興趣，發現黑體輻射的能量與溫度有明確的函數關係。但究竟這個關係在理論上應該是什麽呢？
德國帝國技術研究所的物理學家維恩從從經典熱力學的思想出發，假設黑體輻射是由一些服從麥克斯韋速率分布的分子發射出來的，然後通過推演在1893年提出了一個輻射能量與溫度的分布公式。但這個公式卻隻在短波範圍內與實驗數據吻合很好，在長波範圍就出現很大偏差。
後來英國的物理學家瑞利和意大利物理學家金斯共同努力從類波的角度出發推導出了另外一個公式，計算黑體輻射的公式。遺憾的是，這個公式與維恩的公式正好相反，隻在長波範圍內與實驗數據吻合很好，在短波範圍會出現很大偏差。
大家可以不理會這朵烏雲具體是什麽，隻要知道物理學家從經典物理學裏推導出了兩個公式來描述同一物理現象 – 黑體輻射，一個從經典粒子的角度出發去推導，另一個從類波的角度去推導，得到的公式隻分別適用於短波或者長波，不能通用，很難解決。這就是個問題，說明經典物理學缺了些什麽。
盡管這兩朵烏雲令人百思不解，但由於它們不合時宜地出現在了經典物理學輝煌大廈的落成之時，物理學界還是充滿了樂觀，認為必定能在當時已有的理論框架內得以解決，不必擔心。
然而，令人料想不到的是，正是這出現在19世紀末的兩朵不起眼的烏雲，在短短20多年的時間內，先是在經典物理學大廈上空形成了滿天烏雲，繼而電閃雷鳴，很快便刮起了狂風暴雨，將經典物理學的宏偉大廈連根拔起，摔得七零八落，同時也使得理論物理學走進了迷宮，至今沒有完全突圍出來。
第一朵烏雲導致了相對論的誕生，把人們拉入了時空物質相互糾纏的玄妙世界，迫使我們思考從沒有時間、沒有空間、沒有物質的狀況怎樣幻化出時間、空間和物質，並形成我們所處的這個豐富多彩的的世界，當然還包括我們人類的生命和精神意識。
第二朵烏雲導致了量子力學的誕生，由哥本哈根學派創立，在他們的解釋裏，它衝擊我們原有的因果律，否定我們身外存在一個客觀的物理實在，在其推論中更將精神意識引入了物理學的領域裏麵來。這個理論倔強地與相對論發生衝突，倔強地與很多其它解釋爭奪在物理學中的霸主地位。
限於篇幅，我們不去關注第一朵烏雲，就讓我們隻關注第二朵烏雲吧，看它怎樣演變成了滿天烏雲，怎樣演變成了狂風暴雨，怎樣衝擊經典物理學的根基。
2。
對大學物理有些概念的人肯定都會記得大名鼎鼎的普朗克。普朗克當時是德國柏林大學(柏林一所大學？)的物理學教授，他對黑體輻射問題發生了興趣，他想一舉解決這個難題。雖然他當時隻知道維恩的公式(適合短波)，但他也知道黑體輻射在長波時的關係，雖然他不知道瑞利-金斯公式。
然而，經過了六年的艱苦努力，他沒有成功，這很令他沮喪。那時他已從朋友那兒知道了在長波時的瑞利-金斯公式。後來普朗克想，要不我先玩個小聰明，利用數學的內差法，先湊一個通用的公式出來，在短波時變成維恩公式，在長波時變成瑞利-金斯公式，其它以後再說。當然，這個不用有物理理論支持，細心湊就行了。
很快普朗克就湊了一個公式出來，他把新鮮出爐的公式發表在1900年10月在柏林召開的德國物理學會的一個會議上。令人驚訝的是，他的公式很快就被證實與實驗數據十分精確的符合。普朗克自己也很驚訝，沒想到他僥幸湊的公式竟然有這麽大的威力。
雖然普朗克不知道這個湊出來的公式背後到底隱藏著什麽樣的秘密, 但普朗克通過六年的探索已經敏銳地感覺到那是個驚人的大秘密，會對整個熱力學和電磁學至關重要。他決定背水一戰，破釜沉舟，除了熱力學的兩個基本定律不能動外，他決定什麽都可以去挑戰。但他萬萬沒有想到的是，當他找到了那個秘密後，他自己先給嚇得魂不附體。
經過了一段時間的艱苦奮戰，普朗克終於找到了那個他後來得諾貝爾獎時說的“意想不到”的東西，就是：
“僅僅引入分子運動理論還是不夠的，在處理熵和幾率的關係時，如果要使得我們的新方程成立，就必須做一個假定，假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的。”
大家可能覺得這並沒有什麽了不起的，就“假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的”不就行了嗎？但當你真正了解了這句話的含義後，你也就會膽戰心驚了。
大家要特別注意普朗克假設中的“不連續性”，因為連續性和平滑性假設是數學微積分的堅實基礎，而經典物理學的龐大體係就是建立在這個數學體係之上。在經典物理學中，有了任何難以解決的問題，你動什麽都可以，唯獨這個基礎你連要碰的想法都不能有。就象普朗克最後想的那樣，他豁出去了，拚命了，他除了熱力學中的兩個基本定律不能動外，他在熱力學中什麽都願意去挑戰。但那隻是熱力學啊，他連那個基礎都不敢動。現在，他發現自己被迫要動整個經典物理學大廈的根基，他能不嚇壞嗎？
最後，普朗克還是在1900年12月14日在德國物理學會的學術會議上發表了他的論文，提出了自己的假設。
他的假設令所有聽到這個假設的物理學家都震驚不已。但人們沒有想到的是，正是普朗克的假設啟動了量子力學的革命，而更多更大的震驚便接踵而來，一發而不可收拾。
量子力學革命在20世紀的第一年的最後一個月就爆發了，而能量的不連續性就是後來講的能量的量子化。
如果能量真是量子化的，那麽首當其衝受到質疑的就應該是麥克斯韋爾的電磁理論，在普朗克看來，這是不可能的。他寧願相信能量的量子化隻是數學上為了方便引入的一個假設而已，不是物理上的真實。
但很快，普朗克的量子化假設便被廣泛傳播，具有反叛精神的物理學家們開始把普朗克開創的量子化假設不斷推向前進，十幾年就出現了一個個意想不到反傳統的結果。普朗克則越來越害怕，終於拋棄了自己開創的量子化領域，並一再提醒大家，不到萬不得已，不要在量子化領域胡思亂想。
然而，普朗克一旦放出了”量子化“這個幽靈，他就再也收不回去了，也就注定了“量子化” 這個幽靈要將經典的物理世界攪個天昏地暗。
後事如何，下回分解。
上次寫了《年輕的科學，古老的文化》引言，本來準備下來就寫關於中國文化的思考，然而事情卻有了一些變化。
原以為科學昌明的今天，大家對科學的了解應該比較多了，但後來我驚訝的發現事實並不是這樣。這源自於我的那篇小文被意外地轉出了豆腐莊，被貼在了一個高知雲集的論壇，而引起了一場不大不小的騷動。我在那篇小文中簡短地述說了精神意識在量子力學研究中的出現，因果律和客觀實在在量子力學研究中受到的衝擊，這使得有些同學不舒服，個別同學則非常憤怒，而個同學還是學物理的，並在學校裏給學生講授物理。他或者他們好象不知道這些問題在80年前就在量子物理的爭論中被提了出來，是正宗的哥本哈根的觀點解釋或者推論。
這就使我想到了，現在仍需要科普，特別是量子力學這門革命性的深刻科學。但要寫一個關於量子力學革命的深入淺出的科普不容易，因為它提出的思想太顛覆我們的傳統思維。我們顯然需要一個簡單易懂的量子革命發展史，但要寫卻比較困難，雖然我們有不少的科普著作論述量子力學的思想。倒是有一本書《上帝擲骰子嗎？》把量子革命寫的很好，不過那是一本巨著，我想可能大家沒有那麽多的時間和興趣去啃它。這裏正好我有興趣，我便按照這本書的脈絡，把量子革命怎樣發展的故事介紹給大家，希望能在數篇文章的篇幅內讓大家能夠領略量子革命的精髓，算對我前麵那篇小文的補充和辯護。
好，言歸正傳。
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量子江湖風雨錄 (1)
0。
就象江湖上那經典的一幕，曆經三百多年風霜雪劍的恩怨情仇，一個超級的武林門派傲然出世。這個門派匯集了無數身經百戰的超一流好手，群英匯萃，氣象不凡，所向披靡。它最後終於一統江山，名震江湖，成為唯一的超級霸主。任何其它的個人或者勢力在這個超級霸主麵前都顯得那麽的脆弱，那麽的不堪一擊，也更凸顯出這個超級霸主的威嚴、輝煌與驕傲。
這個超級霸主，不是別人，就是19世紀末的物理學大廈，金碧輝煌、雄偉壯觀、不可一世，以惟我獨尊的氣派統治著物理學界。
那時，牛頓力學控製著天上的行星和地上的石頭；波動理論在光學領域獨霸一方，後來又被新的電磁理論擴大到整個電磁世界；熱力學三大定律也亦基本建立；分子運動論和統計熱力學也在一幫天才的努力下獲得成功。而最重要的是，這一切理論都是相互包容的，彼此沒有任何衝突和矛盾，最終形成了一個龐大的經典物理學大同盟。
這時，最能表達物理學驕傲的應該是拉普拉斯的那句著名語錄，就是在1799年他的著作《天體力學》發表後，拿破侖問拉普拉斯：“在您宇宙體係的大作中，為什麽沒有提宇宙的創造者？”而拉普拉斯的回答是：“陛下，我不需要上帝這個假設。”因為在拉普拉斯眼力，他的理論是那樣的完美，以至於在某一時刻，隻要給定宇宙所有粒子的初始條件，人們就可以把宇宙的過去、現在和將來都清楚地用方程描述出來，展現在世人的麵前。
在經典物理學的大廈裏，因果律支配著一切，一個與精神意識無關的客觀實在不以任何精神意誌為轉移地存在著，而在物理學家的眼裏，19世紀末的物理定律已足以完整地描述這個客觀世界。科學界普遍認為，物理學到達了她輝煌的終點，不再會出現新的驚喜，而偉大的科學家開爾文勳爵甚至說：“物理學的未來，將隻有在小數點第六位後麵去尋找”。
一片歌舞升平，一片喜氣洋洋，物理學界一片金色輝煌。但是，人們不禁要問, 真的是那樣嗎？
當然不是那樣，後來物理學的發展無情地摧毀了這種理性的傲慢。在人們還沒有來得及充分享受那個物理學大廈的輝煌的時候, 20世紀初，兩場摧枯拉朽的革命在物理學的領域裏粹然而至，不可思議。第一場革命改變了人們傳統的絕對時空觀念, 那就是愛因斯坦的相對論, 而第二場革命就是由以玻爾為領袖的哥本哈根學派創立的量子力學，直接衝擊著經典物理學賴以為基礎的因果律和不以精神意識為轉移的客觀物理實在性。
作為對傳統的反叛，愛因斯壇的相對論一出現就震動了整個學術界，他的反叛理論那麽的不可思議，那麽的革命，令整個學術界都目瞪口呆，難以接受。然而在理論和實驗麵前，學術界不得不接受了他的相對論，盡管不那麽令人舒服。
然而，量子力學的反叛卻遠遠超過了愛因斯坦的相對論。如果說相對論使得經典物理學大廈發生劇烈的震動和搖晃的話，那麽量子力學則是從根本上要摧毀經典物理學的輝煌。也正因為如此，量子力學的出現才引起了物理學界的世界大戰。
當量子力學剛出現的時候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的愛因斯坦，愛因斯坦為量子力學的初期發展做出了不可磨滅的貢獻。然而，隨著量子力學的理論向縱深發展，她所表現出來的反叛令愛因斯坦也深為震驚，終於使得愛因斯坦走向了量子力學的反麵，成為反對量子力學陣營的精神領袖。
那麽，量子力學是怎樣出現和發展的？她又是怎樣反叛經典物理學的？何以能引起世界如此的震撼？
那就讓我們大概地領略一下量子力學的詭秘與迷茫，神奇與沮喪，以及成就與混亂。大家一定要記住創立量子力學的哥本哈根學派的精神領袖波爾的一句名言：
“假如一個人不為量子論感到困惑的話，那他就是沒有明白量子力學。”
1。
上麵說到，19世紀末，宏偉壯觀的經典物理學大廈落成，金碧輝煌，天空一片湛藍，這使得物理學的大廈更加光彩奪目。然而，不知何時，卻有兩朵小小的烏雲在不經意間，慢慢地出現在了瓦藍的天邊。因為人們還沉浸於剛剛落成的經典物理學大廈，所以沒有太多的人注意這兩片小小的烏雲。
然而，這兩朵烏雲卻被德高望重的物理學家開爾文注意到了，那年他76歲，是1900年的4月27日，他發表了著名的演講《在熱和光動力理論上空的19世紀烏雲》。他白發蒼蒼，以這句話開頭： “動力學理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽，顯得黯然失色了”。
其實，這兩奪烏雲在當時看來並不起眼，是物理學中在19世紀末遇到的難以理解的兩個問題。
一個是物理學家邁克爾遜和莫雷心血來潮，於1886年安排了更精確的實驗，想測量“以太”相對於地球的相對速度，而這個以太當時被認為是一個絕對靜止的參考係，地球穿過以太運動。他們的設想是，地球在以太中運動，如果在不同的運動方向上測量兩束光在以太中的速度，從它們的差別中就可算出以太相對與地球的速度。
大家沒有必要去考慮他們到底是怎麽計算的，而關鍵是當他們完成了多次的實驗後，他們驚異的發現，以太似乎對穿越於其中的光線速度毫無影響。他們認為這是一個“失敗的實驗”，因為這個實驗似乎在否定以太作為絕對靜止參照係的存在，而以太這個絕對靜止的參照係是經典時空觀在經典物理學的一個基石，誰吃了熊心豹子膽敢動這個基石？
第二朵烏雲來自黑體的輻射問題。19世紀末，人們開始對黑體輻射發生了濃厚的興趣，發現黑體輻射的能量與溫度有明確的函數關係。但究竟這個關係在理論上應該是什麽呢？
德國帝國技術研究所的物理學家維恩從從經典熱力學的思想出發，假設黑體輻射是由一些服從麥克斯韋速率分布的分子發射出來的，然後通過推演在1893年提出了一個輻射能量與溫度的分布公式。但這個公式卻隻在短波範圍內與實驗數據吻合很好，在長波範圍就出現很大偏差。
後來英國的物理學家瑞利和意大利物理學家金斯共同努力從類波的角度出發推導出了另外一個公式，計算黑體輻射的公式。遺憾的是，這個公式與維恩的公式正好相反，隻在長波範圍內與實驗數據吻合很好，在短波範圍會出現很大偏差。
大家可以不理會這朵烏雲具體是什麽，隻要知道物理學家從經典物理學裏推導出了兩個公式來描述同一物理現象 – 黑體輻射，一個從經典粒子的角度出發去推導，另一個從類波的角度去推導，得到的公式隻分別適用於短波或者長波，不能通用，很難解決。這就是個問題，說明經典物理學缺了些什麽。
盡管這兩朵烏雲令人百思不解，但由於它們不合時宜地出現在了經典物理學輝煌大廈的落成之時，物理學界還是充滿了樂觀，認為必定能在當時已有的理論框架內得以解決，不必擔心。
然而，令人料想不到的是，正是這出現在19世紀末的兩朵不起眼的烏雲，在短短20多年的時間內，先是在經典物理學大廈上空形成了滿天烏雲，繼而電閃雷鳴，很快便刮起了狂風暴雨，將經典物理學的宏偉大廈連根拔起，摔得七零八落，同時也使得理論物理學走進了迷宮，至今沒有完全突圍出來。
第一朵烏雲導致了相對論的誕生，把人們拉入了時空物質相互糾纏的玄妙世界，迫使我們思考從沒有時間、沒有空間、沒有物質的狀況怎樣幻化出時間、空間和物質，並形成我們所處的這個豐富多彩的的世界，當然還包括我們人類的生命和精神意識。
第二朵烏雲導致了量子力學的誕生，由哥本哈根學派創立，在他們的解釋裏，它衝擊我們原有的因果律，否定我們身外存在一個客觀的物理實在，在其推論中更將精神意識引入了物理學的領域裏麵來。這個理論倔強地與相對論發生衝突，倔強地與很多其它解釋爭奪在物理學中的霸主地位。
限於篇幅，我們不去關注第一朵烏雲，就讓我們隻關注第二朵烏雲吧，看它怎樣演變成了滿天烏雲，怎樣演變成了狂風暴雨，怎樣衝擊經典物理學的根基。
2。
對大學物理有些概念的人肯定都會記得大名鼎鼎的普朗克。普朗克當時是德國柏林大學(柏林一所大學？)的物理學教授，他對黑體輻射問題發生了興趣，他想一舉解決這個難題。雖然他當時隻知道維恩的公式(適合短波)，但他也知道黑體輻射在長波時的關係，雖然他不知道瑞利-金斯公式。
然而，經過了六年的艱苦努力，他沒有成功，這很令他沮喪。那時他已從朋友那兒知道了在長波時的瑞利-金斯公式。後來普朗克想，要不我先玩個小聰明，利用數學的內差法，先湊一個通用的公式出來，在短波時變成維恩公式，在長波時變成瑞利-金斯公式，其它以後再說。當然，這個不用有物理理論支持，細心湊就行了。
很快普朗克就湊了一個公式出來，他把新鮮出爐的公式發表在1900年10月在柏林召開的德國物理學會的一個會議上。令人驚訝的是，他的公式很快就被證實與實驗數據十分精確的符合。普朗克自己也很驚訝，沒想到他僥幸湊的公式竟然有這麽大的威力。
雖然普朗克不知道這個湊出來的公式背後到底隱藏著什麽樣的秘密, 但普朗克通過六年的探索已經敏銳地感覺到那是個驚人的大秘密，會對整個熱力學和電磁學至關重要。他決定背水一戰，破釜沉舟，除了熱力學的兩個基本定律不能動外，他決定什麽都可以去挑戰。但他萬萬沒有想到的是，當他找到了那個秘密後，他自己先給嚇得魂不附體。
經過了一段時間的艱苦奮戰，普朗克終於找到了那個他後來得諾貝爾獎時說的“意想不到”的東西，就是：
“僅僅引入分子運動理論還是不夠的，在處理熵和幾率的關係時，如果要使得我們的新方程成立，就必須做一個假定，假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的。”
大家可能覺得這並沒有什麽了不起的，就“假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的”不就行了嗎？但當你真正了解了這句話的含義後，你也就會膽戰心驚了。
大家要特別注意普朗克假設中的“不連續性”，因為連續性和平滑性假設是數學微積分的堅實基礎，而經典物理學的龐大體係就是建立在這個數學體係之上。在經典物理學中，有了任何難以解決的問題，你動什麽都可以，唯獨這個基礎你連要碰的想法都不能有。就象普朗克最後想的那樣，他豁出去了，拚命了，他除了熱力學中的兩個基本定律不能動外，他在熱力學中什麽都願意去挑戰。但那隻是熱力學啊，他連那個基礎都不敢動。現在，他發現自己被迫要動整個經典物理學大廈的根基，他能不嚇壞嗎？
最後，普朗克還是在1900年12月14日在德國物理學會的學術會議上發表了他的論文，提出了自己的假設。
他的假設令所有聽到這個假設的物理學家都震驚不已。但人們沒有想到的是，正是普朗克的假設啟動了量子力學的革命，而更多更大的震驚便接踵而來，一發而不可收拾。
量子力學革命在20世紀的第一年的最後一個月就爆發了，而能量的不連續性就是後來講的能量的量子化。
如果能量真是量子化的，那麽首當其衝受到質疑的就應該是麥克斯韋爾的電磁理論，在普朗克看來，這是不可能的。他寧願相信能量的量子化隻是數學上為了方便引入的一個假設而已，不是物理上的真實。
但很快，普朗克的量子化假設便被廣泛傳播，具有反叛精神的物理學家們開始把普朗克開創的量子化假設不斷推向前進，十幾年就出現了一個個意想不到反傳統的結果。普朗克則越來越害怕，終於拋棄了自己開創的量子化領域，並一再提醒大家，不到萬不得已，不要在量子化領域胡思亂想。
然而，普朗克一旦放出了”量子化“這個幽靈，他就再也收不回去了，也就注定了“量子化” 這個幽靈要將經典的物理世界攪個天昏地暗。
後事如何，下回分解。
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香草-
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第2樓
2010-03-18 15:57:08
發表於: 2010-03-18 15:57:08 [引用]
豆腐莊的掌櫃們就是有學問！這兩朵烏雲整得好！也羨慕理工科的同學，懂那麽多，真是：上至天文，下至地理。我時常想，如果把我放到古代社會去我什麽科學也帶不回去，多愁人哪。
最近看的書中有一本是談輪回的，作者是美國一位大學教授，剛讀到一半，邊讀邊想，所以慢，也有收獲，因為讀此書前的我和現在的我有些不同...總的來說比較玄，但是我很願意讀，西方人思辨分析求實的作風讓人舒坦。---歡迎批評，但是我就是這麽想的。
凱掌櫃行文有個特點，我說不出來，隻覺得讀起來一層層的好像梯田，不知不覺就上山頂了，當然也能下來。：）或許我的比喻不大成熟，我是想說：閱讀的過程相當愉悅。我也想讀一些入門性的有關時間宇宙四維時空的書，當個開明人士。
鼓掌，早點貼下文。
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凱文西
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第3樓
2010-03-19 10:59:02
發表於: 2010-03-19 10:59:02 [引用]
香草- 說:
豆腐莊的掌櫃們就是有學問！這兩朵烏雲整得好！也羨慕理工科的同學，懂那麽多，真是：上至天文，下至地理。我時常想，如果把我放到古代社會去我什麽科學也帶不回去，多愁人哪。
最近看的書中有一本是談輪回的，作者是美國一位大學教授，剛讀到一半，邊讀邊想，所以慢，也有收獲，因為讀此書前的我和現在的我有些不同...總的來說比較玄，但是我很願意讀，西方人思辨分析求實的作風讓人舒坦。---歡迎批評，但是我就是這麽想的。
凱掌櫃行文有個特點，我說不出來，隻覺得讀起來一層層的好像梯田，不知不覺就上山頂了，當然也能下來。：）或許我的比喻不大成熟，我是想說：閱讀的過程相當愉悅。我也想讀一些入門性的有關時間宇宙四維時空的書，當個開明人士。
鼓掌，早點貼下文。
我也很喜歡豆腐莊掌櫃們的文字，都很有思想。這裏氣氛很好，很寧靜，是學習的好地方，全沒有外界的喧鬧和吵雜。
作為學理工的，我們又常常羨慕文科同學們的文采和對社會現象的深刻理解。實際上很多理工科方麵的專家教授在自己的研究領域裏很有造詣，出了自己的領域，很多時候就顯得不那麽淵博。還有一個有趣的現象是，這些專家很專注於自己的研究，有時候對自己研究成果的隱含意義並不十分了解。就象量子力學一樣，很多隱含的意義並不為學物理的人所知道。
所以，我更喜歡讀跨學科的書。
客觀地說，西方一些科普作家或者其它方麵的學者寫出來的書要好看的多，精彩的多。盡管有時你可能不同意他的觀點，但其思辯和求實的作風卻是我們所不能比擬的。
我覺得思辯很重要，但往往被我們時代的人所忽略。就象科學技術，大部分人注意的是技術的發展，技術的應用和技術的成果，他們不太分什麽是科學什麽是技術，很多時候誤把技術當科學。其實，科學更注重抽象思辯。
我寫東西比較死板，不活潑，是個很大的問題。我正試圖改變這種現象，看看能否把枯燥的東西寫得有意思一點，正在嚐試。
謝謝香草的鼓勵，我會堅持把這個枯燥但卻非常重要的題目寫完。
：- )
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一果兒
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第4樓
2010-03-20 22:39:56
發表於: 2010-03-20 22:39:56 [引用]
凱老師寫得好，引人入勝，等不及要讀你的下篇。
這麽硬性的題目你寫得一點也不枯燥，讀來趣味無窮。
要是有些比較抽象的段落裏多加一點解釋就好了。
“這些專家很專注於自己的研究，有時候對自己研究成果的隱含意義並不十分了解。”
這話說得有份量，技術員和科學家的區別就是在這裏吧。
凱老師能不能介紹一些通俗的英文版的物理發展史？
剛才跑去你的博客找年輕的科學，居然麻都木有？
給了蓮子吧，多謝多謝啦。
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出喝酒
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第5樓
2010-03-20 23:06:23
發表於: 2010-03-20 23:06:23 [引用]
偶雖然沒有看完（今天太累了……），不過要先跑來頂一下……
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婭米
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第6樓
2010-03-21 09:27:32
發表於: 2010-03-21 09:27:32 [引用]
特別佩服文理通吃的人。也向凱老師致敬！我有個大學同學，孩子在國內上高中分文理科班，他堅決要孩子上理科班，雖然父母兩個都是學文的而且孩子文科也很好。他的理由是，如果真的喜歡文科喜歡寫作，什麽時候轉行都來得及，魯迅是學醫的，王小波是學數學的，餘華也是學醫的，但是還沒聽說哪個學文科的後來轉行成了科學家的。
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凱文西
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第7樓
2010-03-22 07:25:09
發表於: 2010-03-22 07:25:09 [引用]
一果兒 說:
凱老師寫得好，引人入勝，等不及要讀你的下篇。
這麽硬性的題目你寫得一點也不枯燥，讀來趣味無窮。
要是有些比較抽象的段落裏多加一點解釋就好了。
“這些專家很專注於自己的研究，有時候對自己研究成果的隱含意義並不十分了解。”
這話說得有份量，技術員和科學家的區別就是在這裏吧。
凱老師能不能介紹一些通俗的英文版的物理發展史？
剛才跑去你的博客找年輕的科學，居然麻都木有？
給了蓮子吧，多謝多謝啦。
謝謝一果兒的閱讀。：- )
我對一般物理發展史涉獵的並不多，我主要對新物理學(相對於經典物理學來說)比較有興趣。對新物理學來說PAUL DAVIES 的書《GOD AND THE NEW PHYSICS》寫的比較通俗易懂，他更傾向於無神論，書中對GOD的存在提出很多質疑。
另外一本是ROGER PENROSE的書《THE EMPEROR‘S NEW MIND》，對經典物理和新物理都有介紹，還涉及到數學，人工智能，意識，等領域。他可能稍微有些唯心。
STEPHE HAWKING的書《A BRIEF HISTORY OF TIME》是家喻戶曉。他很無神論。
當然還有很多書。
我的那篇文章“年輕的科學，古老的文化” 就貼在莊裏，鏈子是
http://groups.wenxuecity.com/discussion.php?gid=651&pid=66454
：- )
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凱文西
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第8樓
2010-03-22 07:38:12
發表於: 2010-03-22 07:38:12 [引用]
出喝酒 說:
偶雖然沒有看完（今天太累了……），不過要先跑來頂一下……
出掌櫃，趕快上照片！：- )
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凱文西
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第9樓
2010-03-22 07:45:00
發表於: 2010-03-22 07:45:00 [引用]
婭米 說:
特別佩服文理通吃的人。也向凱老師致敬！我有個大學同學，孩子在國內上高中分文理科班，他堅決要孩子上理科班，雖然父母兩個都是學文的而且孩子文科也很好。他的理由是，如果真的喜歡文科喜歡寫作，什麽時候轉行都來得及，魯迅是學醫的，王小波是學數學的，餘華也是學醫的，但是還沒聽說哪個學文科的後來轉行成了科學家的。
婭米掌櫃太高抬文理同吃了，其實最終就隻是半瓶子醋。：- )
我還是相信學有專攻，方能出有份量的成就。所謂文理同吃，就是隨便聊天消遣罷了。
婭米掌櫃最近有什麽大作，人生感悟，貼上來讓我們學習學習。
：- )
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拈花微笑
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第10樓
2010-03-22 10:27:34
發表於: 2010-03-22 10:27:34 [引用]
凱老師這個科普演義，寫得很棒。深入淺出，引人入勝。
的確，像霍金的《時間簡史》這樣的將高深的理論物理通俗化的科普讀物，現在還是很少。
對於科學演進，我比較同意我們辛辛那提的科學史家,科學哲學家 －庫恩的說法。
庫恩在1962年發表的《科學革命的結構》(The Structure of Scientific Revolutions) 一書，係統闡述了一種“範式”的科學觀。在他看來，科學首先是在“範式”(paradigm) 支配下，為解決“範式”所提出的“疑點”的高度定向的研究活動，這是科學的常規活動；隻有當已有的“範式”不足以應付新的問題的挑戰時，這個常規的發展才會暫時中斷，科學便因此陷入危機，最後導致新“範式”取代舊“範式”的科學革命。
在1989年發表的《接受學導論》一書中，我曾也討論過康德的十二範疇，伽德默爾的“視界”和庫恩的“範式”。在我看來，由於這些認知結構的主觀性，任何科學理論，隻具有解釋性和有用性。而不具有真理性。或遲或早，終會被證偽。這也當然包括量子力學。
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凱文西
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第11樓
2010-03-22 14:45:10
發表於: 2010-03-22 14:45:10 [引用]
拈花微笑 說:
凱老師這個科普演義，寫得很棒。深入淺出，引人入勝。
的確，像霍金的《時間簡史》這樣的將高深的理論物理通俗化的科普讀物，現在還是很少。
對於科學演進，我比較同意我們辛辛那提的科學史家,科學哲學家 －庫恩的說法。
庫恩在1962年發表的《科學革命的結構》(The Structure of Scientific Revolutions) 一書，係統闡述了一種“範式”的科學觀。在他看來，科學首先是在“範式”(paradigm) 支配下，為解決“範式”所提出的“疑點”的高度定向的研究活動，這是科學的常規活動；隻有當已有的“範式”不足以應付新的問題的挑戰時，這個常規的發展才會暫時中斷，科學便因此陷入危機，最後導致新“範式”取代舊“範式”的科學革命。
在1989年發表的《接受學導論》一書中，我曾也討論過康德的十二範疇，伽德默爾的“視界”和庫恩的“範式”。在我看來，由於這些認知結構的主觀性，任何科學理論，隻具有解釋性和有用性。而不具有真理性。或遲或早，終會被證偽。這也當然包括量子力學。
看來笑兄是專家了，有專家在莊裏，真是令人高興。：- )
首先跟笑兄確證一下，你現在在欣欣那提嗎？看你說“我們辛辛那提” ，我就很好奇，透著你對欣欣那提很有感情。嗬嗬。
對科學範式的改變我一直有些問題很迷糊，正好笑兄對這方麵很有研究，我就請教一下。
一個問題是，科學範式的改變是否是純學術的行為？社會輿論或者其它因素在科學範式改變中的作用有多大？例如，達爾文進化論在初創時似乎在學術上並沒有壓倒的解釋優勢，好象更多的是思想的反叛和輿論控製導向加速了達爾文進化論的傳播，後來才被學術界接受。而目前智能設計論的倡導者，似乎也在效法當年達爾文派用過的策略。
第二個問題，是關於笑兄說的“由於這些認知結構的主觀性，任何科學理論，隻具有解釋性和有用性。而不具有真理性。” 這個提法是否排斥科學理論的真理性？我們能否說科學理論是一種相對真理，是對絕對真理的逼近？還是說沒有絕對真理？我對這個比較糊塗。原因是，在我後麵介紹的量子力學解釋中就牽扯到這樣的問題。
比如說，綠島MM以前畫過一幅“白馬圖” ，曾經名動江湖。我們似乎認定綠MM畫的馬是“白色” ，這就是絕對真理。但是仔細分析就不對了，因為在我們人類正常眼睛所能看的波長範圍內，我們看到的是“白色” 。如果把觀察的波長範圍變了，比如蜜蜂的眼睛，它看到的馬是“藍紫色” 。如果繼續變儀器(例如眼睛) 的觀察波長範圍，那麽我們看到馬的顏色則是其它顏色。
這樣說來，綠MM畫的馬沒有一個“絕對顏色” ，這也好象沒有絕對真理了一樣。
笑兄有何看法。
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拈花微笑
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第12樓
2010-03-23 07:41:32
發表於: 2010-03-23 07:41:32 [引用]
嗬嗬，凱兄別客氣哈，請教不敢當。我不是攻科學史的。我隻在比較哲學和文化方麵做了些作業。更何況我現在隻是一名電腦工程師。
新舊“範式”的交替，也是個社會學的過程，有政治，宗教，心理，以及商業的因素參與。
我對絕對真理沒有信心。真理意味著有一種放之四海，放之古今而皆準的認識。可是，這種認識從來沒有人掌握過。真理，隻是宗教的理想。試問，真理如何可能？客觀性如何可能？任何觀察都滲透了理論。我們的感官都經過訓練。我們隻能看到我們被教會看的東西，期望看到的東西。有時，我們甚至會聽而不聞，視而不見。偶然間，我們不經意地看到某種新現象，而現有的“範式”無法解釋，我們會大驚失色，開始懷疑。尋找新的解釋。於是，新的“範式”就誕生了。這種新舊“範式”的積累，會不會導致由所謂相對真理達到絕對真理呢？我看未必。因為這個過程是不可窮盡。此外，按照庫恩的說法，新舊“範式”之間，不具有可通約性。因此，新舊“範式”是不能簡單積累的。
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一果兒
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第13樓
2010-03-23 18:43:46
發表於: 2010-03-23 18:43:46 [引用]
兩位老師的交流好玄啊：-)
網上看到這篇文章，也放在這裏吧。
http://bbs.99read.com/dispbbs.asp?boardid=18&Id=151269
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曉拂
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2010-03-24 10:41:57
發表於: 2010-03-24 10:41:57 [引用]
凱兄和笑兄的交流很有意思。
我覺得，不同時空裏的物質微粒不同，所以顏色在不同的時空裏看到的也不同。人
都太執於自己這個時空裏所見，殊不知眼睛看見的也未必真實。
什麽是真理呢？人都有自己的理解。而人的知識和能力又是如此有限，所以所謂的
真理也不過是瞎子摸象之說了。
在天地之間、在上帝麵前，人能做的就是謙卑。不要太固執了，不要太認為自己了
不起了。
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凱文西
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第15樓
2010-03-24 14:38:56
發表於: 2010-03-24 14:38:56 [引用]
拈花微笑 說:
嗬嗬，凱兄別客氣哈，請教不敢當。我不是攻科學史的。我隻在比較哲學和文化方麵做了些作業。更何況我現在隻是一名電腦工程師。
新舊“範式”的交替，也是個社會學的過程，有政治，宗教，心理，以及商業的因素參與。
我對絕對真理沒有信心。真理意味著有一種放之四海，放之古今而皆準的認識。可是，這種認識從來沒有人掌握過。真理，隻是宗教的理想。試問，真理如何可能？客觀性如何可能？任何觀察都滲透了理論。我們的感官都經過訓練。我們隻能看到我們被教會看的東西，期望看到的東西。有時，我們甚至會聽而不聞，視而不見。偶然間，我們不經意地看到某種新現象，而現有的“範式”無法解釋，我們會大驚失色，開始懷疑。尋找新的解釋。於是，新的“範式”就誕生了。這種新舊“範式”的積累，會不會導致由所謂相對真理達到絕對真理呢？我看未必。因為這個過程是不可窮盡。此外，按照庫恩的說法，新舊“範式”之間，不具有可通約性。因此，新舊“範式”是不能簡單積累的。
我覺得笑兄的見解是相當深刻的。：- )
確實在我們的世界裏，我們觀察我們周圍的一切，很大程度上取決於我們自己認可或者接受的世界觀和價值觀。很多時候我們本能地排斥異己。這就是笑兄說的“我們隻能看到我們被教會看的東西，期望看到的東西。有時，我們甚至會聽而不聞，視而不見。” 。或許正象笑兄說的，“真理隻是宗教的理想” ，或者隻有天國才存在真理，如果有天國的話。
在我後麵介紹的量子力學的解釋裏，就我們外界的物理世界而言，不存在一個“客觀的外部世界” ，一切都與觀察測量的方式相聯係。在這一點上，笑兄的理解倒是跟量子力學的解釋很有一致性。： - )
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凱文西
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第16樓
2010-03-24 14:43:24
發表於: 2010-03-24 14:43:24 [引用]
一果兒 說:
兩位老師的交流好玄啊：-)
網上看到這篇文章，也放在這裏吧。
http://bbs.99read.com/dispbbs.asp?boardid=18&Id=151269
一果兒轉的朱清時校長的文章我看了一下，滿有意思。：- )
新物理學包括相對論和量子力學，對唯物主義的衝擊是非常巨大的。因為唯物主義賴以存在的基礎“物質是永恒的” ，在新物理學裏已經不複存在。相對論把物質與能量連接了起來，它們可以互相轉化。相對論把物質、時間和空間也聯係了起來，它們也可以互相轉化。
而量子力學的“不確定性原理”( 有人叫“測不準原理”) 告訴我們能量是可以“從無到有的” ，從無到有的能量就幻化出了我們這個世界包括時間、空間和物質。這個“從無到有”的理論被描述成宇宙起源的 “暴脹理論”( 我們後麵會介紹) 。
這樣，唯物主義的麻煩就大了。：- )
朱校長說，超弦理論挑戰“物理世界的客觀性” 。其實，量子力學的解釋就開始挑戰了，而量子力學在超弦理論裏是個基礎。超弦理論或者更新的M理論還不成熟，還在發展階段。但量子力學已經很成熟了。
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凱文西
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第17樓
2010-03-24 14:46:59
發表於: 2010-03-24 14:46:59 [引用]
曉拂 說:
凱兄和笑兄的交流很有意思。
我覺得，不同時空裏的物質微粒不同，所以顏色在不同的時空裏看到的也不同。人
都太執於自己這個時空裏所見，殊不知眼睛看見的也未必真實。
什麽是真理呢？人都有自己的理解。而人的知識和能力又是如此有限，所以所謂的
真理也不過是瞎子摸象之說了。
在天地之間、在上帝麵前，人能做的就是謙卑。不要太固執了，不要太認為自己了
不起了。
曉拂提到不同的時空很有意思。：- )
現代物理學和宇宙學的很多理論已經要借助超出我們時空的其它空間才能解釋(例如超弦理論的10維空間，還有其它的宇宙理論)，這個就給物理學帶來了很大困惑。因為如果要借助超出我們時空的空間，那麽這些理論的實證就遇到不可逾越的麻煩。但現代物理學或者宇宙學又必須借助其它時空的思想，否則很難理解我們的宇宙。因為我們在自己的宇宙裏研究宇宙，這是個邏輯的“自指” 問題，是個怪圈。
我們拭目以待，看物理上將來會有什麽出路。
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曉拂
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我的群組
第18樓
2010-03-24 19:37:42
發表於: 2010-03-24 19:37:42 [引用]
凱文西 說:
曉拂 說:
凱兄和笑兄的交流很有意思。
我覺得，不同時空裏的物質微粒不同，所以顏色在不同的時空裏看到的也不同。人
都太執於自己這個時空裏所見，殊不知眼睛看見的也未必真實。
什麽是真理呢？人都有自己的理解。而人的知識和能力又是如此有限，所以所謂的
真理也不過是瞎子摸象之說了。
在天地之間、在上帝麵前，人能做的就是謙卑。不要太固執了，不要太認為自己了
不起了。
曉拂提到不同的時空很有意思。：- )
現代物理學和宇宙學的很多理論已經要借助超出我們時空的其它空間才能解釋(例如超弦理論的10維空間，還有其它的宇宙理論)，這個就給物理學帶來了很大困惑。因為如果要借助超出我們時空的空間，那麽這些理論的實證就遇到不可逾越的麻煩。但現代物理學或者宇宙學又必須借助其它時空的思想，否則很難理解我們的宇宙。因為我們在自己的宇宙裏研究宇宙，這是個邏輯的“自指” 問題，是個怪圈。
我們拭目以待，看物理上將來會有什麽出路。
其實，另外的時空就與我們的時空同時同地存在著。隻不過尋常人的肉眼看不到
而已。總覺得研究另外時空的方法可能需要改變一下。若被一些常人的觀念（或者
說實證科學的觀念）障礙住，是研究不出結果的。
還是孩子小的時候，聖誕期間，我們一起看一部片子“聖誕老人的來曆”。說聖·
尼古拉（那時候還不是聖誕老人，是個少年。）係上一條紅腰帶就可以穿越到另外
的時空裏去。
不知此故事真實與否。然而，我知道人是有辦法去到另外的時空的。這個能力不是
從外界獲得，而要向我們的內心去尋求。
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豆腐酒
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我的群組
第19樓
2010-03-24 23:30:48
發表於: 2010-03-24 23:30:48 [引用]
這風雲錄寫得的確好看。
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酸豆汁
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第20樓
2010-03-26 21:40:24
發表於: 2010-03-26 21:40:24 [引用]
這篇是近期唯一存起來的文章，凱掌櫃是大才！
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凱文西
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我的群組
第21樓
2010-03-29 11:01:38
發表於: 2010-03-29 11:01:38 [引用]
謝謝曉拂的回複。在科學上探索其它空間，要靠的是實證或者推理，這也確實是個問題。當然科學是有它不能達到的領域。：- )
謝謝酒掌櫃的美言。酒掌櫃的“過大俠傳”語言功底實在了得，故事也是相當地引人入勝。盼望能盡管看到下一集。嗬嗬。
也謝謝酸豆汁掌櫃。豆汁掌櫃的詩、文、評論、圖片都是超一流的，我等要好好向豆汁學習。： - )
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qsu
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第22樓
2010-06-27 03:51:43
發表於: 2010-06-27 03:51:43 [編輯] [引用]
凱文西 說:
緣起：
上次寫了《年輕的科學，古老的文化》引言，本來準備下來就寫關於中國文化的思考，然而事情卻有了一些變化。
原以為科學昌明的今天，大家對科學的了解應該比較多了，但後來我驚訝的發現事實並不是這樣。這源自於我的那篇小文被意外地轉出了豆腐莊，被貼在了一個高知雲集的論壇，而引起了一場不大不小的騷動。我在那篇小文中簡短地述說了精神意識在量子力學研究中的出現，因果律和客觀實在在量子力學研究中受到的衝擊，這使得有些同學不舒服，個別同學則非常憤怒，而個同學還是學物理的，並在學校裏給學生講授物理。他或者他們好象不知道這些問題在80年前就在量子物理的爭論中被提了出來，是正宗的哥本哈根的觀點解釋或者推論。
這就使我想到了，現在仍需要科普，特別是量子力學這門革命性的深刻科學。但要寫一個關於量子力學革命的深入淺出的科普不容易，因為它提出的思想太顛覆我們的傳統思維。我們顯然需要一個簡單易懂的量子革命發展史，但要寫卻比較困難，雖然我們有不少的科普著作論述量子力學的思想。倒是有一本書《上帝擲骰子嗎？》把量子革命寫的很好，不過那是一本巨著，我想可能大家沒有那麽多的時間和興趣去啃它。這裏正好我有興趣，我便按照這本書的脈絡，把量子革命怎樣發展的故事介紹給大家，希望能在數篇文章的篇幅內讓大家能夠領略量子革命的精髓，算對我前麵那篇小文的補充和辯護。
好，言歸正傳。
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量子江湖風雨錄 (1)
0。
就象江湖上那經典的一幕，曆經三百多年風霜雪劍的恩怨情仇，一個超級的武林門派傲然出世。這個門派匯集了無數身經百戰的超一流好手，群英匯萃，氣象不凡，所向披靡。它最後終於一統江山，名震江湖，成為唯一的超級霸主。任何其它的個人或者勢力在這個超級霸主麵前都顯得那麽的脆弱，那麽的不堪一擊，也更凸顯出這個超級霸主的威嚴、輝煌與驕傲。
這個超級霸主，不是別人，就是19世紀末的物理學大廈，金碧輝煌、雄偉壯觀、不可一世，以惟我獨尊的氣派統治著物理學界。
那時，牛頓力學控製著天上的行星和地上的石頭；波動理論在光學領域獨霸一方，後來又被新的電磁理論擴大到整個電磁世界；熱力學三大定律也亦基本建立；分子運動論和統計熱力學也在一幫天才的努力下獲得成功。而最重要的是，這一切理論都是相互包容的，彼此沒有任何衝突和矛盾，最終形成了一個龐大的經典物理學大同盟。
這時，最能表達物理學驕傲的應該是拉普拉斯的那句著名語錄，就是在1799年他的著作《天體力學》發表後，拿破侖問拉普拉斯：“在您宇宙體係的大作中，為什麽沒有提宇宙的創造者？”而拉普拉斯的回答是：“陛下，我不需要上帝這個假設。”因為在拉普拉斯眼力，他的理論是那樣的完美，以至於在某一時刻，隻要給定宇宙所有粒子的初始條件，人們就可以把宇宙的過去、現在和將來都清楚地用方程描述出來，展現在世人的麵前。
在經典物理學的大廈裏，因果律支配著一切，一個與精神意識無關的客觀實在不以任何精神意誌為轉移地存在著，而在物理學家的眼裏，19世紀末的物理定律已足以完整地描述這個客觀世界。科學界普遍認為，物理學到達了她輝煌的終點，不再會出現新的驚喜，而偉大的科學家開爾文勳爵甚至說：“物理學的未來，將隻有在小數點第六位後麵去尋找”。
一片歌舞升平，一片喜氣洋洋，物理學界一片金色輝煌。但是，人們不禁要問, 真的是那樣嗎？
當然不是那樣，後來物理學的發展無情地摧毀了這種理性的傲慢。在人們還沒有來得及充分享受那個物理學大廈的輝煌的時候, 20世紀初，兩場摧枯拉朽的革命在物理學的領域裏粹然而至，不可思議。第一場革命改變了人們傳統的絕對時空觀念, 那就是愛因斯坦的相對論, 而第二場革命就是由以玻爾為領袖的哥本哈根學派創立的量子力學，直接衝擊著經典物理學賴以為基礎的因果律和不以精神意識為轉移的客觀物理實在性。
作為對傳統的反叛，愛因斯壇的相對論一出現就震動了整個學術界，他的反叛理論那麽的不可思議，那麽的革命，令整個學術界都目瞪口呆，難以接受。然而在理論和實驗麵前，學術界不得不接受了他的相對論，盡管不那麽令人舒服。
然而，量子力學的反叛卻遠遠超過了愛因斯坦的相對論。如果說相對論使得經典物理學大廈發生劇烈的震動和搖晃的話，那麽量子力學則是從根本上要摧毀經典物理學的輝煌。也正因為如此，量子力學的出現才引起了物理學界的世界大戰。
當量子力學剛出現的時候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的愛因斯坦，愛因斯坦為量子力學的初期發展做出了不可磨滅的貢獻。然而，隨著量子力學的理論向縱深發展，她所表現出來的反叛令愛因斯坦也深為震驚，終於使得愛因斯坦走向了量子力學的反麵，成為反對量子力學陣營的精神領袖。
那麽，量子力學是怎樣出現和發展的？她又是怎樣反叛經典物理學的？何以能引起世界如此的震撼？
那就讓我們大概地領略一下量子力學的詭秘與迷茫，神奇與沮喪，以及成就與混亂。大家一定要記住創立量子力學的哥本哈根學派的精神領袖波爾的一句名言：
“假如一個人不為量子論感到困惑的話，那他就是沒有明白量子力學。”
1。
上麵說到，19世紀末，宏偉壯觀的經典物理學大廈落成，金碧輝煌，天空一片湛藍，這使得物理學的大廈更加光彩奪目。然而，不知何時，卻有兩朵小小的烏雲在不經意間，慢慢地出現在了瓦藍的天邊。因為人們還沉浸於剛剛落成的經典物理學大廈，所以沒有太多的人注意這兩片小小的烏雲。
然而，這兩朵烏雲卻被德高望重的物理學家開爾文注意到了，那年他76歲，是1900年的4月27日，他發表了著名的演講《在熱和光動力理論上空的19世紀烏雲》。他白發蒼蒼，以這句話開頭： “動力學理論斷言，熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮蔽，顯得黯然失色了”。
其實，這兩奪烏雲在當時看來並不起眼，是物理學中在19世紀末遇到的難以理解的兩個問題。
一個是物理學家邁克爾遜和莫雷心血來潮，於1886年安排了更精確的實驗，想測量“以太”相對於地球的相對速度，而這個以太當時被認為是一個絕對靜止的參考係，地球穿過以太運動。他們的設想是，地球在以太中運動，如果在不同的運動方向上測量兩束光在以太中的速度，從它們的差別中就可算出以太相對與地球的速度。
大家沒有必要去考慮他們到底是怎麽計算的，而關鍵是當他們完成了多次的實驗後，他們驚異的發現，以太似乎對穿越於其中的光線速度毫無影響。他們認為這是一個“失敗的實驗”，因為這個實驗似乎在否定以太作為絕對靜止參照係的存在，而以太這個絕對靜止的參照係是經典時空觀在經典物理學的一個基石，誰吃了熊心豹子膽敢動這個基石？
第二朵烏雲來自黑體的輻射問題。19世紀末，人們開始對黑體輻射發生了濃厚的興趣，發現黑體輻射的能量與溫度有明確的函數關係。但究竟這個關係在理論上應該是什麽呢？
德國帝國技術研究所的物理學家維恩從從經典熱力學的思想出發，假設黑體輻射是由一些服從麥克斯韋速率分布的分子發射出來的，然後通過推演在1893年提出了一個輻射能量與溫度的分布公式。但這個公式卻隻在短波範圍內與實驗數據吻合很好，在長波範圍就出現很大偏差。
後來英國的物理學家瑞利和意大利物理學家金斯共同努力從類波的角度出發推導出了另外一個公式，計算黑體輻射的公式。遺憾的是，這個公式與維恩的公式正好相反，隻在長波範圍內與實驗數據吻合很好，在短波範圍會出現很大偏差。
大家可以不理會這朵烏雲具體是什麽，隻要知道物理學家從經典物理學裏推導出了兩個公式來描述同一物理現象 – 黑體輻射，一個從經典粒子的角度出發去推導，另一個從類波的角度去推導，得到的公式隻分別適用於短波或者長波，不能通用，很難解決。這就是個問題，說明經典物理學缺了些什麽。
盡管這兩朵烏雲令人百思不解，但由於它們不合時宜地出現在了經典物理學輝煌大廈的落成之時，物理學界還是充滿了樂觀，認為必定能在當時已有的理論框架內得以解決，不必擔心。
然而，令人料想不到的是，正是這出現在19世紀末的兩朵不起眼的烏雲，在短短20多年的時間內，先是在經典物理學大廈上空形成了滿天烏雲，繼而電閃雷鳴，很快便刮起了狂風暴雨，將經典物理學的宏偉大廈連根拔起，摔得七零八落，同時也使得理論物理學走進了迷宮，至今沒有完全突圍出來。
第一朵烏雲導致了相對論的誕生，把人們拉入了時空物質相互糾纏的玄妙世界，迫使我們思考從沒有時間、沒有空間、沒有物質的狀況怎樣幻化出時間、空間和物質，並形成我們所處的這個豐富多彩的的世界，當然還包括我們人類的生命和精神意識。
第二朵烏雲導致了量子力學的誕生，由哥本哈根學派創立，在他們的解釋裏，它衝擊我們原有的因果律，否定我們身外存在一個客觀的物理實在，在其推論中更將精神意識引入了物理學的領域裏麵來。這個理論倔強地與相對論發生衝突，倔強地與很多其它解釋爭奪在物理學中的霸主地位。
限於篇幅，我們不去關注第一朵烏雲，就讓我們隻關注第二朵烏雲吧，看它怎樣演變成了滿天烏雲，怎樣演變成了狂風暴雨，怎樣衝擊經典物理學的根基。
2。
對大學物理有些概念的人肯定都會記得大名鼎鼎的普朗克。普朗克當時是德國柏林大學(柏林一所大學？)的物理學教授，他對黑體輻射問題發生了興趣，他想一舉解決這個難題。雖然他當時隻知道維恩的公式(適合短波)，但他也知道黑體輻射在長波時的關係，雖然他不知道瑞利-金斯公式。
然而，經過了六年的艱苦努力，他沒有成功，這很令他沮喪。那時他已從朋友那兒知道了在長波時的瑞利-金斯公式。後來普朗克想，要不我先玩個小聰明，利用數學的內差法，先湊一個通用的公式出來，在短波時變成維恩公式，在長波時變成瑞利-金斯公式，其它以後再說。當然，這個不用有物理理論支持，細心湊就行了。
很快普朗克就湊了一個公式出來，他把新鮮出爐的公式發表在1900年10月在柏林召開的德國物理學會的一個會議上。令人驚訝的是，他的公式很快就被證實與實驗數據十分精確的符合。普朗克自己也很驚訝，沒想到他僥幸湊的公式竟然有這麽大的威力。
雖然普朗克不知道這個湊出來的公式背後到底隱藏著什麽樣的秘密, 但普朗克通過六年的探索已經敏銳地感覺到那是個驚人的大秘密，會對整個熱力學和電磁學至關重要。他決定背水一戰，破釜沉舟，除了熱力學的兩個基本定律不能動外，他決定什麽都可以去挑戰。但他萬萬沒有想到的是，當他找到了那個秘密後，他自己先給嚇得魂不附體。
經過了一段時間的艱苦奮戰，普朗克終於找到了那個他後來得諾貝爾獎時說的“意想不到”的東西，就是：
“僅僅引入分子運動理論還是不夠的，在處理熵和幾率的關係時，如果要使得我們的新方程成立，就必須做一個假定，假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的。”
大家可能覺得這並沒有什麽了不起的，就“假設能量在發射和吸收的時候，不是連續不斷，而是分成一份一份的”不就行了嗎？但當你真正了解了這句話的含義後，你也就會膽戰心驚了。
大家要特別注意普朗克假設中的“不連續性”，因為連續性和平滑性假設是數學微積分的堅實基礎，而經典物理學的龐大體係就是建立在這個數學體係之上。在經典物理學中，有了任何難以解決的問題，你動什麽都可以，唯獨這個基礎你連要碰的想法都不能有。就象普朗克最後想的那樣，他豁出去了，拚命了，他除了熱力學中的兩個基本定律不能動外，他在熱力學中什麽都願意去挑戰。但那隻是熱力學啊，他連那個基礎都不敢動。現在，他發現自己被迫要動整個經典物理學大廈的根基，他能不嚇壞嗎？
最後，普朗克還是在1900年12月14日在德國物理學會的學術會議上發表了他的論文，提出了自己的假設。
他的假設令所有聽到這個假設的物理學家都震驚不已。但人們沒有想到的是，正是普朗克的假設啟動了量子力學的革命，而更多更大的震驚便接踵而來，一發而不可收拾。
量子力學革命在20世紀的第一年的最後一個月就爆發了，而能量的不連續性就是後來講的能量的量子化。
如果能量真是量子化的，那麽首當其衝受到質疑的就應該是麥克斯韋爾的電磁理論，在普朗克看來，這是不可能的。他寧願相信能量的量子化隻是數學上為了方便引入的一個假設而已，不是物理上的真實。
但很快，普朗克的量子化假設便被廣泛傳播，具有反叛精神的物理學家們開始把普朗克開創的量子化假設不斷推向前進，十幾年就出現了一個個意想不到反傳統的結果。普朗克則越來越害怕，終於拋棄了自己開創的量子化領域，並一再提醒大家，不到萬不得已，不要在量子化領域胡思亂想。
然而，普朗克一旦放出了”量子化“這個幽靈，他就再也收不回去了，也就注定了“量子化” 這個幽靈要將經典的物理世界攪個天昏地暗。
後事如何，下回分解。
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