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小賴子學科學 10. 模型與真理

(2016-03-14 11:58:56) 下一個

真理是哲學家的問題。最通俗的定義是:真理是真正的、永恒的。常聽打嘴架的人說:‘真理隻有一個’。但許多哲人都自詡為真理的代表,然而彼此之間竟可能毫不相同。生活中,不少人也稱自己的觀點是真理,他們如果不是忽悠,得知幾千年來關於它的定義仍在爭論中,也要汗顏的。前麵看到的宇宙中四種最基本的物理量:質量、電荷、距離和時間,沒一件是我們能直接而正確感覺的。因此,用直覺來描述這個世界是不可能準確和符合。換句話講,就是不可能符合真理的。

科學知識,從本質看不會是‘永恒的、不變的’。每個現代科學人,不管他謙虛與否,都不會認為自己正在探究真理。他們忙於在利用數學語言,建立定量關係,描述著他們感興趣的問題(稱之為模型,非實體模型)。隻有哲學家用科學獲得知識歸納和係統化以後,稱之為科學中的真理。

以光學為例。

牛頓根據光線的概念和它的折射、反射定律來描述光在介質中傳播,用來描述彩虹、顏色等一切現象。他根據光的直線傳播性,認為光是一種微粒流,從光源飛出來,在均勻的介質裏作勻速直線運動,並且用這種觀點對光作了解釋。三百多年前就被人們認為它就是科學中的真理。

克裏斯蒂安·惠更斯是微粒說的反對者,他認為:光同聲一樣,是一種波,以球形波麵傳播的。並指出光振動所達到的每一點都可視為次級的振動中心,次波的包絡麵為傳播著的波的波陣麵。他能解釋光的幹涉和衍射現象。但波動說終因人微言輕,而不受重視。最後,漸漸為人淡忘。牛頓的理論在其後一百多年裏大行其道;因他是科學泰鬥,無人敢於挑戰。

到了十九世紀初,衍射現象被發現,光的波動理論才被重新認可。在那一世紀裏,層出不窮的發現,使理論(模型)逐漸進步,解釋了光在物質中傳播的各種性質。然而,對於像黑體輻射中能量分布與波長有關這樣重要的現象,還不能給出滿意的解釋。

1900年,普朗克用了量子化能量的假設後,描述黑體輻射才有了轉機:他假設能量發射和吸收是不連續的,管這樣的一份能量叫做‘能量子’,計算開始能和試驗結果相符了。可這種把光當成粒子的假設引起了很大的矛盾:光到底是波動還是粒子,什麽時候是波動、什麽時候是粒子?成了當時認識上最令人困擾的問題。

路易·德布羅意,直到1924年,提出一切物質都具有波動和粒子二象性,即物質波假說。描述了電子具有的幹涉和衍射等波動現象。兩年後,馬克斯·玻恩提出“概率波”解釋:波函數的絕對值的平方表示粒子的概率密度,而描述粒子波動性所用的波函數不是什麽具體的波。終於,新的實驗結果正如理論預期那樣。粒子的單獨幹涉效應表明,微觀粒子的波動性不是大量粒子聚集的性質。單個粒子即具有波動性,因此,談論它的運動軌道是沒有意義的。

從以上曆史,我看不出哪個理論是真理。難怪不喜歡用概率來描述的人說:『上帝不擲骰子』;而辯方回答道:『你又不是上帝,怎麽知道?!』

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