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為何物理讓人學(xué)到頭禿,而科普書令人恍然大悟?

2020-08-08 10:21
來源:澎湃新聞·澎湃號·湃客
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原創(chuàng) KIRSCH 神經(jīng)現(xiàn)實 來自專輯深度 | Deep-diving

英國物理學(xué)家吉姆·艾爾-哈利利(Jim Al-Khalili)所著的《物理學(xué)解釋世界》(The World According to Physics),看上去不太像是巴諾書店(Barnes & Noble)科學(xué)區(qū)的書籍,而更像是一本可以在酒店床頭柜上找到的讀物。這本書沒有護封,只有漂亮的藍色布面封皮,上面凸印著銀色文字,就像本圣經(jīng)。而書名也有意識地展現(xiàn)出新約風(fēng)格,和四福音書*有著相似的命名方式。與其他科普作家常見的簡介不同,這本書的封底寫著一些傳教小冊子上才會出現(xiàn)的那種措辭:

*譯者注

四福音書包括《馬可福音》 (The Gospel According to Mark)、《路加福音》(The Gospel According to Luke)、《馬太福音》(The Gospel According to Matthew)和《約翰福音》(The Gospel According to John)。

這些設(shè)計顯露出的一種張力,存在于大多數(shù)關(guān)于物理學(xué)和宇宙學(xué)的暢銷書中,而我也從幾年前開始熱衷于閱讀這類書籍。雖然這些書站在明確的反宗教立場,但卻起到了宗教文本的作用。我們訴諸它們,就像人們曾經(jīng)訴諸布道集或圣經(jīng)注釋那樣,以尋求構(gòu)建這個世界的真理。這些真理曾經(jīng)來源于神的啟示,如猶太教中的摩西、基督教中的耶穌和伊斯蘭教中的穆罕默德;對于今天的受教育者來說,不管我們的宗教信仰是什么,這些真理主要來源于科學(xué)。正如我們的祖先那樣,我們需要一群能斡旋于真理的復(fù)雜性和我們自身能力有限性之間的專家,即便在此過程中會丟失很多東西。

《物理學(xué)解釋世界》

ARAB NEWS

現(xiàn)代版的科普宇宙學(xué)始于《時間簡史》的爆賣,這是斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)于1988年出版的一本超級暢銷著作。從那以后,像加來道雄、史蒂文·溫伯格(Steven Weinberg)和弗里曼·戴森(Freeman Dyson,于今年年初逝世,享年96歲)這樣的世界級物理學(xué)家,通過撰寫有關(guān)基本物理學(xué)概念的科普文章,涵蓋時間和空間、物質(zhì)和能量、宇宙的起源和命運,贏得了更為廣泛的聲譽。在布賴恩·格林(Brian Greene)的最新科普力作《直到時間終結(jié)》(Until the End of Time)中,單是目錄里的章節(jié)標(biāo)題就能讓你大吃一驚,像“起源與熵”、“微粒與意識”、“持續(xù)與瞬間”。

這些主題現(xiàn)在被劃入物理學(xué)的范疇,但它們過去曾屬于形而上學(xué)的領(lǐng)域?!靶味蠈W(xué)”(metaphysics)一詞源于公元一世紀(jì),由一位亞里士多德作品的匿名編撰者創(chuàng)造,用以指代學(xué)生們在研究了亞里士多德的《物理學(xué)》之后應(yīng)當(dāng)再去學(xué)習(xí)的論著——在希臘語中,“ta meta ta physica”的字面意思就是“物理學(xué)之后”。亞里士多德將這一學(xué)科稱作“第一哲學(xué)”,因為它所關(guān)涉的是所有學(xué)科中最為基本的東西——存在本身,也就是他所說的“作為存在的存在”(being as being)。所謂“某物存在”是什么意思?事物是如何存在,又是如何變化的?宇宙是永恒的還是有始有終的?

其他知識學(xué)科則涉及一些實用問題:政治哲學(xué)關(guān)于如何治理,倫理學(xué)關(guān)于如何生活。而亞里士多德說,形而上學(xué)是思想的最高形式,因為除了純粹的知識,它沒有其他目的?!拔覀儾粸槿魏纹渌娑覍ぶ腔郏恢灰蛉吮咀杂?,為自己的生存而生存,不為別人的生存而生存,所以我們認(rèn)取哲學(xué)為唯一的自由學(xué)術(shù)而深加探索,這正是為學(xué)術(shù)自身而成立的唯一學(xué)術(shù)?!?

*譯者注

此句翻譯參考《形而上學(xué)》吳壽彭譯本。

亞里士多德生活在公元前4世紀(jì),而他的形而上學(xué)教義主導(dǎo)了之后2000年的西方思想。這些學(xué)說令人信服,以至于猶太教、基督教和伊斯蘭教的思想家們都在尋找方法,來調(diào)和他們的圣書和古希臘形而上學(xué)中的內(nèi)容。猶太教中的經(jīng)典例子是邁蒙尼提斯(Maimonides)寫于1190年的《解惑指引》 (Guide of the Perplexed),此書觀點十分接近于亞里士多德的想法,即世界是一直存在的,但《創(chuàng)世紀(jì)》的觀點絕非如此。

- Max Lo?ffler-

如果邁蒙尼提斯生活在今天,那么他長大后很有可能成為一名物理學(xué)家,而非一位“拉比”(rabbi)*。因為關(guān)于形而上學(xué)的問題(雖然不一定涉及政治學(xué)或倫理學(xué)),現(xiàn)在從科學(xué)中得到的解答,遠(yuǎn)比從宗教和哲學(xué)領(lǐng)域中來得更好。自17世紀(jì)的歐洲開始,科學(xué)革命推翻了亞里士多德的觀點,即物理學(xué)與形而上學(xué)之間存在明顯差異,前者是實踐性、經(jīng)驗性的,而后者是觀念性、猜測性的。

*譯者注

“拉比”是指接受過正規(guī)猶太教育,系統(tǒng)學(xué)習(xí)過猶太教經(jīng)典,擔(dān)任猶太人社團或猶太教教會精神領(lǐng)袖或在猶太經(jīng)學(xué)院中傳授猶太教教義者,主要為有學(xué)問的學(xué)者。

多虧了科學(xué)方法,現(xiàn)代世界能夠真正解決那些在古代只能徘徊不前的爭論。正如艾爾-哈利利所言:“通過理性分析和仔細(xì)觀察,我們現(xiàn)在可以十分自信地宣稱,我們對宇宙了解很多。”我們現(xiàn)在知道物質(zhì)是由原子組成的,正如德謨克里特(Democritus)所猜想?yún)s無法證明的那樣,我們甚至知道原子是由什么組成的。我們還知道,星體并非如亞里士多德所認(rèn)為的,由一種獨特元素構(gòu)成,而是如伽利略和牛頓所證明的那樣,和地球上的物體遵循著相同的運動規(guī)律。

但當(dāng)艾爾-哈利利說“我們對宇宙了解很多”時,這里“我們”的指代是模棱兩可的。艾爾-哈利利了解很多,因為他對于他所討論的話題,如熱力學(xué)、相對論、弦理論,都有著深刻的數(shù)學(xué)理解。但對于《物理學(xué)解釋世界》和類似科普書籍的讀者而言,他們并不能真正了解這些知識,因為他們無從接受這種形式的教授,于是只能對這些內(nèi)容進行不太嚴(yán)謹(jǐn)精準(zhǔn)的改述。真正的物理學(xué)導(dǎo)論中全都是方程式,就像1963年理查德·費曼(Richard Feynman)在加州理工學(xué)院的講課那樣,后來這些講授內(nèi)容被整理成了權(quán)威教材。正如伽利略在400年前所言,大自然這本書是用數(shù)學(xué)語言寫成的。(這句話也出現(xiàn)在《費曼物理學(xué)講義》的開始部分,在總共115講中的第8講。)

- Ryan f Johnson -

沒有方程式的物理學(xué)導(dǎo)論,就好比沒有法語單詞的法語入門課,只試圖通過中文的討論來捕捉法語的本質(zhì)。當(dāng)然,物理學(xué)的科普作家必須遵守這一限制,因為他們是在為不理解方程式的數(shù)學(xué)小白寫作,我也是其中之一。(有時候,我瀏覽維基百科上的數(shù)學(xué)文章,只是為了讓自己沉浸在它們不明覺厲的結(jié)界之中,如同在參觀一個外星球。)

這些書籍所教授的并非物理學(xué)的真理,而是告訴你物理學(xué)的真理從理論上來說是可知的,因為物理學(xué)家知道它們。諷刺的是,這意味著一個科學(xué)外行,基本上和一個宗教外行處于相同的境地。耶胡達·哈列維(Yehuda Halevi)于12世紀(jì)創(chuàng)作的猶太教護教學(xué)著作《庫薩里》(The Kuzari)中,也使用了類似的論證來證明,我們應(yīng)當(dāng)相信神跡。例如,當(dāng)我們在《摩西五經(jīng)》(Torah)中讀到嗎哪(manna)從天而降,養(yǎng)活了沙漠中的以色列人,我們的自然反應(yīng)是持懷疑態(tài)度。但是哈列維寫道,這一神跡是“無可辯駁的”,因為它“發(fā)生在60萬人的身上,并持續(xù)了40年之久?!蔽覀冏约簭奈匆姷竭^從天而降的嗎哪,但其他人說他們見到過,那我們必須相信他們。如此,我們自己也永遠(yuǎn)無法理解描述量子系統(tǒng)狀態(tài)的薛定諤方程,但我們相信那些說自己理解的人。

當(dāng)然,最大的不同在于,科學(xué)通過其改變世界的能力證明了它對世界的解釋是正確的,而宗教則無法做到這一點。例如在猶太法典《塔木德》(Talmud)中,圣人們就如何通過齋戒結(jié)束旱情,制定了規(guī)則。首先,社區(qū)領(lǐng)袖實行每周三天的日間齋戒;如果沒有起作用,那么整個社區(qū)都會加入齋戒;如果還是不下雨,那么每個人都必須齋戒、哀悼七天。他們通過展現(xiàn)猶太人民的迫切需求,來試圖說服上帝改變天氣。但《塔木德》中所規(guī)定的這一程序本身也默認(rèn)了其無用性:齋戒并不會改變天氣,這就是為什么你必須一直齋戒,直到天氣改變。

- Jon Han -

現(xiàn)代科學(xué)也不能憑空降雨。艾爾-哈利利解釋說,天氣仍然是對物理學(xué)家而言最為困難的研究對象之一,因為“我們嘗試建模的對象具有高度的復(fù)雜性,還需精確掌握許多變量的數(shù)值,從溫度到大氣和洋流的變化,再到氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速、太陽活動等等?!钡麖娬{(diào),“這并不意味著這些知識理論上是不可知的。”即使我們不知道天氣模式的所有產(chǎn)生原因,我們也知道哪些不是它的成因——比如觸怒了神明。

這是科學(xué)要求我們在形而上學(xué)上做出犧牲的一個例子。傳統(tǒng)形而上學(xué)對世界的理解,是基于從人類經(jīng)驗中得到的分類。對宗教而言,這個世界是由上帝統(tǒng)治的,上帝和我們有著相同的動機——出于憤怒而造成干旱,由于人類順從而平息災(zāi)害。對哲學(xué)而言,在關(guān)于何為自然、何為適合此類問題的判斷上,這個世界和我們有著相同的直覺。亞里士多德認(rèn)為,一塊石頭掉到地上,是因為它自然地想要和土元素重新結(jié)合;而火焰升起,是因為它自然地想要和氣元素重新結(jié)合。

接受現(xiàn)代科學(xué)的代價是,我們要認(rèn)識到自己無法僅僅通過思考來理解世界,因為我們的思考方式只適用于理解人類,而非“作為存在的存在”。相反,我們必須在存在面前放下身段,密切關(guān)注這個世界真正的存在方式,而非我們認(rèn)為是有道理的存在方式。

沒有什么比量子物理學(xué)更能清楚地體現(xiàn)這一點了。在20世紀(jì)初,量子物理學(xué)迫使物理學(xué)家放棄了他們關(guān)于世界如何運作的基本直覺。阿尼爾·阿南塔斯瓦米(Anil Ananthaswamy)于2018年出版的書籍《同時通過兩扇門》(Through Two Doors at Once)聚焦著名的“雙縫干涉實驗”,來說明量子力學(xué)的奇異之處。在這個實驗中,將一束光投向一塊金屬擋板,并穿過擋板上平行的兩條長縫,在擋板后放置著一塊屏幕,顯示出光照射在上面的圖樣。

- Jon Han -

正如英國物理學(xué)家托馬斯·楊(Thomas Young)于1803年在實驗中所展現(xiàn)的,屏幕上形成了明暗相間的條紋圖樣,證明了他的光波動說。當(dāng)光穿過縫隙時,形成兩束互相干涉的光波,波的相長干涉會形成明亮的光帶,而波的相消干涉會形成暗淡的光帶。水波也會產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象。

然而在20世紀(jì),愛因斯坦發(fā)現(xiàn),為了解釋光和電子如何相互作用,光只能以離散的物理量存在,或稱為“量子”(quanta),即“量子物理學(xué)”(quantum physics)一詞的出處。這些光粒子被稱為“光子”(photon)。利用更為先進的科學(xué)設(shè)備,我們可以一次只向擋板上發(fā)射一個光子,來進行雙縫實驗。這導(dǎo)致?lián)醢搴竺娴钠聊簧现怀霈F(xiàn)單個的點——如果光不是一種波而是一種粒子,那這正是你預(yù)料的畫面。

但如果你繼續(xù)每次發(fā)射一個光子穿過縫隙,則會發(fā)生不可思議的現(xiàn)象:隨著單個點的累積,它們會形成明暗相間的光帶,就和光波穿過縫隙時一樣。解釋這一現(xiàn)象的唯一方法就是認(rèn)為光既是一種波,又是一種粒子。這意味著在最基本的層面上,自然界并非如亞里士多德在《形而上學(xué)》中所言,“一切信條中最無可爭議的就是……相反敘述不能同時為真。”

費曼說,雙縫實驗導(dǎo)致了一種“無休止的折磨,因為你會不斷問自己‘但怎么可能是這樣?’”“折磨”一詞語氣強烈,但也很貼切,因為現(xiàn)代物理學(xué)違背了我們關(guān)于空間、時間和邏輯的直覺,表明“存在”(being)和“人類”(human being)之間的根本錯位?!妒ソ?jīng)》給人以一種形而上學(xué)的保證,即世界被創(chuàng)造是為了讓人類去統(tǒng)治它;自普羅泰戈拉(Protagoras)以來,哲學(xué)也向人類保證“人是萬物的尺度”。但物理學(xué)使這兩個承諾皆成泡影。

而科普物理學(xué)作品可被視為這種折磨的治療方法——一種形而上學(xué)的自救方式。在《直到時間終結(jié)》一書中,布萊恩·格林比大多數(shù)科普作家更明確地提出這一目標(biāo)。他在此書最后一章“存在之高貴”(The Nobility of Being,這并非費曼在加州理工學(xué)院講課時談及的主題)中坦誠道:“人類生命短暫,猶若露珠消散?!? 但格林很快作出了另一番肯定:“宇宙中的一小撮粒子能夠聚集起來,審視自身和所處的現(xiàn)實,確證其短暫有限的生命,而在轉(zhuǎn)瞬迸發(fā)活力,創(chuàng)造美好、建立聯(lián)系、沖破迷障,這多么奇妙。”這像極了打針前安撫小孩的醫(yī)生會用的語氣。

*譯者注

此句翻譯借用《秦時明月之君臨天下》臺詞“生命短暫猶若露珠消散”。

通過描述諸如量子糾纏(quantum entanglement)和宇宙背景輻射(cosmic background radiation)這類概念,物理學(xué)家們試圖幫助我們適應(yīng)現(xiàn)代形而上學(xué)的現(xiàn)實,即這個世界總是日新月異、充滿挑戰(zhàn),即使它的本質(zhì)早在幾百年前就已清晰明了。那是因為我們生來就具有在宇宙中尋找人類意義的本能??茖W(xué)革命并非是在幾個世紀(jì)之前發(fā)生的一個歷史事件,而是在每個人學(xué)習(xí)科學(xué)真理之路上的一個過程。

然而最具諷刺意味的是,這種對于真理的虔敬本身,就來自于古老的宗教形而上學(xué)遺產(chǎn),而這正是科學(xué)所拒斥的。若非真理是一項戒律(mitzvah),否則我們?yōu)楹稳绱藞?zhí)著于活在真理之中,甚至不惜以自身的幸福為代價呢?最后,正如尼采在《快樂的科學(xué)》(The Gay Science)一書中寫道:“我們對科學(xué)的信仰始終還是基于一種形而上學(xué)的信仰。即使是我們現(xiàn)今的求知者、無神論者和反形而上學(xué)者,也是從那個古老信仰所點燃的千年火堆中取火……認(rèn)為上帝即真理,真理是神圣的。”

Note: This story originally appeared in English in Tablet Magazine, at tabletmag.com (http://tabletmag.com/), and is reprinted with permission.

原文首次以英文發(fā)表于Tablet Magazine(tabletmag.com)。翻譯與轉(zhuǎn)載已獲網(wǎng)站授權(quán)。

作者:Adam Kirsch | 封面:Matt Chinworth

譯者:三木 | 審校:張蒙

排版:北方

原文:

https://www.tabletmag.com/sections/arts-letters/articles/physics-secular-religion

閱讀原文

    本文為澎湃號作者或機構(gòu)在澎湃新聞上傳并發(fā)布,僅代表該作者或機構(gòu)觀點,不代表澎湃新聞的觀點或立場,澎湃新聞僅提供信息發(fā)布平臺。申請澎湃號請用電腦訪問http://renzheng.thepaper.cn。

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