理论物理学的边限

七格

理论物理学的边限

七格

爱因斯坦到后来一直在和量子力学过不去。或者说，坚信上帝不掷骰子的他，对以概率统计来测量微观世界的做法一直难以接受，对他这位致力于探索现象背后的物理学家来说，当量子力学宣布探索者自己在测量上无法避免毛手毛脚时，他无论如何是不满意的。其实隐变量理论虽然没什么大花招，但这理论暗含的哲学基础，却是爱因斯坦认同的，那就是量子力学所观察到的，只是现象的规律而非现象背后的规律。

爱因斯坦的这种实在论信仰，导致的结果是他终其一生都统一场论里难以自拔，与量子力学的大本营，玻尔的老巢――哥本哈根学派的较量，也使得他的贡献仅仅是作为一个陪练，尽管他提出的光子箱很有创意，但毕竟是海森堡、薛定谔、狄拉克他们创立了描述微观粒子的理论公式。

在今天，由于实验物理学远远落后于理论物理学的扩展速度，这使得物理学家之间的纲领较量，有渐渐成为纯数学游戏的倾向。爱因斯坦那年代，从黎曼几何那里获得关于高维世界的数学描述方法时，他尚能通过爱丁顿他们的实验，来证实他关于光线弯曲的假设。但是，在今天，关于宇宙结构的膜理论、弦理论等等说法，除了各自在数学语言里获得不同的解释效力之外，它们如何从客观世界也获得相应的实验数据支持呢？大型强子对撞机（LHC）预计要到2007年才能初装完毕，它能以每秒一个的速度制造极为微小的黑洞，但可怜的霍金天知道他还能不能撑到那一天？

这种脱离感觉，完全依凭推理环节来解释宇宙的理论物理学，究竟还属于不属于科学呢？或者说，爱因斯坦后期所苦苦思索的统一场论，在实验物理还无法给予证实或证伪的日子里，是不是只能当做是幻想体数学写作？

尽管很多教条教授说历史不能假设，但在可能世界理论尺度下，我们完全可以假设，如果当年爱因斯坦的广义相对论，得不到相应的数据支持，那么他的理论是不是也会像以太假说一样，到今天仍旧是众多竞争纲领里的一个成员，而且他关于光会弯曲的设想，永远是人们街头说笑取闹的谈资？

理论和实验的相互扶持，这是近代物理学努力排挤感觉的必然结果。本来，在古希腊时代，要建立物理学理论还是相对容易的，比如，根据感觉，亚里斯多德就能得出“自然害怕真空”，或者“重的物体比轻的物体下落速度快”等等结论。这些结论尽管被精密实验物理所一一推翻（推翻并不意味着亚里斯多德的努力不是科学，相反，不存在被推翻的可能性才不是科学），然而亚里斯多德至少能让理论和感觉紧密结合，当时，人体就是实验机器，用人体器官来观察和测量，就是物理学。

但感觉的延伸最后是被外在的各种机械所接替了。即便延伸的感觉已经不是人体器官，但毕竟第一环节还是。――比如，哈勃望远镜望得再远，最后还是得用人的眼睛去观察拍摄出来的照片。可是，我们谁用肉眼看到光子了？我们最多看到了干涉条纹，但那不是光子本身，我们普通人最想做的事情，就是用一双肉掌去活生生得抓一个光子过来，如果肉掌太粗陋，那么设计一个无比精微的笼子也行，总之，要观察描述下的活捉，不要理论描述下的活捉。

那么假设存在粒子特征的光子，但却始终没有被观察证实，这样的学问还能叫科学吗？整天和光子以及更精微的诸多粒子打交道的理论物理学家，还能算是科学家吗？还是，他们都仅仅是擅长使用数学符号的术士，是和哈利•波特他们一路的？

那么我们对他们的信任和敬仰，究竟是建立在逻辑基础上的，还是建立在幻觉基础上的呢？

无论是石里克的弱证实说法，还是卡尔纳普的可确证性定义，我们都无法将理论物理学和形而上学之间做一个有效划分，本来这不是什么大事，但既然形而上学曾经让那么多的智力平庸的人获得过统治权力，那么严格划分它们之间区别，这对科学哲学来讲就很重要，否则，我们每一次纪念爱因斯坦，都是在把理论物理学往形而上学方向在推。

庄南南

徒劳无益，与其尝试去解开身上所有的绳索，不如带着绳索寻欢作乐。

我又饿了

以上文章没有读懂。请指教：

1、“量子力学宣布探索者自己在测量上无法避免毛手毛脚”
这跟测不准原则的涵义差别也太大了，不是个好的比喻。要么，是作者故意开玩笑？

2、“尽管他提出的光子箱很有创意，但毕竟是海森堡、薛定谔、狄拉克他们创立了描述微观粒子的理论公式。”

这句话不知道是想说什么。光子箱和EPR佯谬等等本来就都是他用来质疑量子力学的，“很有创意”不知何指。
难道整句话是在批评爱因斯坦的哲学观？可是量子力学到现在也没有被确认为是完备的学说，《自然》就报道卡尔-赫斯和沃尔特-菲力浦提供了有力的证据证明爱因斯坦的怀疑是正确的——在量子理论背后的确有另一套规律在起作用。
还是说爱因斯坦作为量子力学的奠基人没有搞出理论公式来是很没面子的？

3、“其实隐变量理论虽然没什么大花招，但这理论暗含的哲学基础，却是爱因斯坦认同的，那就是量子力学所观察到的，只是现象的规律而非现象背后的规律。 ”

爱因斯坦不认为量子力学所观察到的是“现象的规律”，当然更不是“现象背后的规律”。爱因斯坦认为量子力学是不完备的，量子力学的哲学观根本就是错的。爱因斯坦坚持认为一个“完备”的物理理论必须包含物理实在的一切元素，而量子力学由于不能同时给出p和q的精确知识，所以它是不完备的，它从根本上否定确定性。简单点说，爱因斯坦认为物理应该是决定论的，而量子力学相反。


4、“这使得物理学家之间的纲领较量，有渐渐成为纯数学游戏的倾向。”

理论物理一直都建立在假设、数学物理方法和理想实验的基础上，然后才被实验数据证实或证伪的。当然也有实验刺激理论发展的，但这个“渐渐成为”不太确切吧。何况后面又讲“把理论物理学往形而上学方向在推”。
不过这到是个有趣的说法。如果物理学最终成为数学的游戏，那么哲学（我说的是西方哲学）也必然最终成为（已经成为）语言的游戏。

5、“在今天，关于宇宙结构的膜理论、弦理论等等说法，除了各自在数学语言里获得不同的解释效力之外，它们如何从客观世界也获得相应的实验数据支持呢？”

这个不用担心，科学家们正在努力。
而且，一个前沿理论得到承认，通常并不是看他的实验数据多么完备（这是不可能的），而是看他的推理是否完备，他的逻辑是否正确，他的涵盖是否广泛，他是否不自相矛盾，他是否经得起推敲。然后才在时间推移中得到实验数据的支持或反对，成为一个在某领域内渐完善的理论或者被推翻。爱因斯坦的广义相对论也不是纯粹在实验数据的基础上被认可的。同样的，当代天体物理学家们也有实验数据的支持，尽管，这些数据是极其有限的。

多说一句：
量子力学本来就建立在几个基本假定上的：
假定“对易关系”；
/*--------
ｐｑ －ｑｐ ＝ （ħ／ｉ）Ｅ     ―――     （１）
基本假定，就是说（1）式不能用任何数学——物理方法导出，然而（1）式是 “波动方程”的基础，也就是量子力学的理论基础。

而量子力学所谓实验基础，首先在于德布罗意“物质波”理论，提出“波函数”（Ψ）概念，并且通过算符将其作用到基本假定即（1）上，就是波动方程 ——量子力学的理论基础：（ｈ2/2ｍ）▽２Ψ + (Ｅ－Ｖ)Ψ ＝ ０
---------*/

假定“测不准原理”，由此得到了电子“几率云”图像；假定“波粒互补原理”；由此构建了量子力学。

而且，相对论和量子力学，量子场论，这些最基本的理论现在为止也都不是最终最完备的理论。尽管现在的实验不像以前那样容易，比如基本粒子，以前几乎每年、每几年就有新的实验数据来刺激理论的发展，现在需要高能量加速器，短期内当然不可能得很多的实验数据供分析。但这并不说明理论就成了形而上学，就成了遐思。它首先是建立在计算和理想实验的基础上才提出假说的。“理想实验”也是常用的手段，牛顿第一定律也是先通过理想实验证实的。而随着纳米技术和激光技术获得飞速发展，当初爱因斯坦和玻尔所设计的那些理想实验都逐步地可以真实实现了，现在看起来无法验证的理论，自然也有被证实或证伪的一天。

6、“爱因斯坦后期所苦苦思索的统一场论，在实验物理还无法给予证实或证伪的日子里，是不是只能当做是幻想体数学写作？”

这句话更不明白了。这么讲，理论物理一开始就是所谓的“幻想体数学写作”，不光爱因斯坦，霍金，波尔，只要是个理论物理学家，就免不了成为一个作家。
还有，理论，除了用实验的方法，“佯谬”可以证伪。何况还有“理想实验”。

7、“可是，我们谁用肉眼看到光子了？我们最多看到了干涉条纹，但那不是光子本身，我们普通人最想做的事情，就是用一双肉掌去活生生得抓一个光子过来，如果肉掌太粗陋，那么设计一个无比精微的笼子也行，总之，要观察描述下的活捉，不要理论描述下的活捉。”

第一，要是真有这个笼子，也就没有量子力学了，要知道量子力学的基本假设之一测不准原则就是讲以上这段话不可能实现。
第二，量子力学的世界是由波函数描写的，而不是一个个可观察物理量。
第三，波粒二向性本身也是一个假说，霍金曾讲：也许就不存在粒子的位置和速度，只有波。只不过我们企图将波硬套到我们预想的位置和速度的观念中而已。由此导致的不一致乃是表面上不可预见性的原因。当然，霍金并不一定是对的。
最后，如果这表达的是作者对实验手段的一个迫切要求，那么这个要求正在被科学家们努力的实现，实验设备和实验技术的改进和完善都是正在进行式，我们那精密仪器系就是做这个的。

8、“整天和光子以及更精微的诸多粒子打交道的理论物理学家，还能算是科学家吗？还是，他们都仅仅是擅长使用数学符号的术士，是和哈利·波特他们一路的？”

那数学家算什么？魔导师？

9、“否则，我们每一次纪念爱因斯坦，都是在把理论物理学往形而上学方向在推。 ”

今年是国际物理年，大家纪念爱因斯坦是因为他对物理学作出的杰出贡献，但理论物理的研究方法从一开始就不是以实验数据为基础而是假定和推论。

所以最后我就没有读懂作者在说什么，难道是呼吁实验物理应该更快速的发展？那铺垫也太多了吧……大概是我才疏学浅，请指教……

我又饿了

汗……怎么我回的比人家写的还长……

骑老虎上天

可以看看布里奇曼的《物理理论本质》和《现代物理学逻辑》。

我又饿了

呵呵，真要看什么的话，我觉得既然讨论的是量子力学，首先应当看的是《量子力学》，国内比较好的版本是曾谨言的那个。

骑老虎上天

我没有看过，好看懂吗？
我推荐的书是讲物理理论和物理方法本身的，不是独特于哪一个理论。

黑天才

整理。提。

千史冰峰

大家都是理科生吗？
我不是，所以看起来是：吃力+痛苦=无奈+无知。
麻烦解释一下好吗？