我们的经验在量子世界里失效了

现代科学被认为是经验科学,观察现象和实验验证是科学研究的重要手段。牛顿在《自然哲学的数学原理》中就明确提出,从得之于经验的有限事物之性质或规律,可以推广到所有事物的普遍性质或规律。科学家首先对自然现象进行观察,积累经验,并归纳、总结其规律,进而提出科学理论,再通过实验或观察现象验证理论,这就是现代科学的基本方法。

自牛顿以来,依靠这种方法,物理学取得了巨大的成功,到19世纪末,包括经典力学、电动力学、热力学在内的经典物理学已经被研究得非常透彻了,几乎所有的自然想象都有合适的理论来解释,而且理论和实验结果都能够完美吻合,当时科学界普遍认为物理学大厦已经基本建成,人们有了一种世间万物尽在掌握的感觉。

当物理学进入量子力学的时代,人们惊讶的发现经验不仅失效了,更成为理解量子行为的障碍。量子力学描述的世界,与我们熟悉的世界相去甚远,那里出现了很多反常识的东西,比如“即死又活”的猫、“同时正转又反转”的粒子,超光速的量子纠缠、穿墙术一样的粒子隧穿,还有那个让很多人感到恐惧的双缝干涉实验,等等等等。另一方面,人们又不得不相信量子力学,它是迄今为止理论计算与实验结果误差最小的学科,我们耳熟能详的半导体、超导、激光等技术都源自量子力学的发现。

原子内部的微观世界与我们习惯的宏观世界差异如此之大,超乎想象。我们对现实世界的感知都是错觉,大自然为我们呈现的现象都是假象。这不由得回想起古希腊先贤们对知识的看法,通过经验获得的知识是不确定的、易错的,世上还存在一种不受外界影响的、仅仅服务于自身的,纯粹靠内在演绎发展的知识,即“无用的”、“自由的”、“永恒确定的”的知识,也就是所谓的“理性知识”。

物理学发展到量子力学之后,牛顿提出的科学方法论似乎在逐渐失效,虽然科学家们仍然在努力通过实验验证理论,但难度越来越高,代价越来越大。在当今物理学最前沿的弦理论、超弦理论和量子引力领域,人们还无法通过观察和实验进行证实和证伪,但是科学界公认这些研究代表着物理学发展的方向,有越来越多的科学家投身其中。在科学的最前沿,人们依靠数学、逻辑和想象试图突破认识的边界,这仿佛回到了古希腊时代。

著名物理学家费曼曾经说过“没有人能够理解量子力学”,他的意思不是说没有人能够理解量子力学这个理论,而是说,不要指望像理解经典物理那样从本质上去理解它。这种说法与古希腊人对“理性知识”的认知有几分相似。

古希腊人认为神居住在天空之上,那里是完美的理性世界,人类的世界只是理性世界不完美的投影。因此,当人们发现行星的运行轨迹并不完美时,认为那是假象,柏拉图因此提出“拯救现象”,开启了人类科学的征程。现在,我们是不是也可以想象一下,万能的神所居住的理性世界,在不可再分的微观世界里,我们居住的宏观世界只是微观世界不完美的投影,科学的使命仍然是“拯救现象”。

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