池塘裡的科學家

熱愛未知,比如宇宙和清晨

池塘里的科学家

我一輩子都喜歡跟著那些讓我感覺有興趣的人,因為在我心目中,真正的人都是瘋瘋癲癲的,他們熱愛生活、愛聊天,不露鋒芒希望擁有一切,他們從不疲倦,從不講那些平凡的東西。

傑克·凱魯亞克《在路上》

「幾年前,意大利蒙扎市議會通過了一項法案,禁止市民將金魚養在圓形魚缸裡觀賞。」

霍金在他那本著名的《大設計》裡,以這句話作為「何為實在」這一章節的開頭,提出一個有意思的 金魚理論

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這個法案的提案者解釋說,把金魚關在圓形魚缸裡非常殘忍,因為金魚向外凝視時會得到實在的歪曲景色,這讓 金魚眼中的「現實」世界變得扭曲。

且不論這種主觀的憐憫是否成立,這個故事引出了一個有趣的哲學問題:我們又怎麼知道我們所感知到的「現實」是真實的呢?

金魚看見的世界與我們所謂的「現實」不同,但我們怎麼能肯定它看到的就不如我們真實?難道我們自己不也可能處於某個大魚缸之內,由一個巨大的透鏡扭曲我們所見的美景?

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最近被這張照片吸引

從海底看冰山,就像一朵巨大的雷電雲

Tobias Friedrich

霍金說,雖然所見與我們不同,但金魚科學家仍然可以通過觀察與計算總結出一套魚缸之外物體運動的科學定律。

例如,我們觀察到自由物體在一條直線上運動,由於變形,會被金魚觀察成它是沿著一條曲線運動。儘管如此,定律總會成立,並且可以通過精確的計算預言出物體未來的運動。

雖然金魚科學家得到的定律會比我們參照系中的更為複雜,但如果它們正確表述出了這樣的公式,我們就必須承認,金魚們看到的是實在、正確的圖像。

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Emilie Ristevski

事實上,我們自己也確實被「透鏡」所禁錮著。

我們對這個世界的認知——基於觀測的結果——並非直接的,而是由一種類似透鏡之物——人類的視覺處理及解釋系統所塑造。

生活中的每時每刻,我們的大腦都在把投射到視網膜上的原始模式的光子,那些二維數據,轉化為有序的三維空間視覺。

另外,在我們視覺神經連接視網膜處其實有一塊視覺盲點,無論往哪兒看都會有個古怪的洞。但是大腦用裱糊的辦法,自動、平均地填平了這個洞——將雙眼的輸入結合在一起,假定鄰近位置的視覺性質類似,再填滿縫隙並應用插入技術。這意味著我們視覺的一部分實際上是假的,是由潛意識創造的,是欺騙自我的假象。

換言之,在毫不知情中,大腦為我們建立好了一套世界模型。

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「陰天攝影師」handsonl

他的作品有一種壓抑的美感

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在建立模型這件事上,大腦非常稱職。

如果為你配一種戴上後景象會上下顛倒的眼鏡,你的大腦會在一段時間的適應後便改變模型,使你重新看到處於正確方向的事物。

當一個人說「我看到一把椅子」時,他的意思僅僅是他利用椅子散射出的光建立一個椅子的心理圖形或模型。

如果模型上下顛倒了,霍金說,幸運的是在這個人坐到椅子上之前,大腦會修正好這個模型。

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handsonl

因為有這個「內生透鏡」的存在,人類科學家並不僅僅依靠觀測和現實經驗來建立世界模型。

比如 電子模型,現在所有物理學家都確信電子存在,即便我們根本看不到它。

畢竟外在的證據總是可以被主觀意願遮掩的。

比如地球上有一部分人相信「宇宙大爆炸」模型,即我們所在的宇宙誕生於 137 億年前;另一部分人則堅持相信世界被上帝於數千年前創造,而「時間」在此之前並不存在。儘管已經挖掘出古老的化石、恐龍骨架和其他證據來證明地球遠比數千年要老得多,人們仍然可以說:它們是被故意放在那裡用來愚弄我們的。

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不同模型下奇妙的太陽

Matias Alonso Revelli

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值得一提的是,在不同的歷史時期 人們可能會有階段性信任的模型,直到它被更精準的版本所替代。

舉一個科學界的例子。大多數人對於運動物體的理解或許還停留在牛頓力學模型上,雖然這個簡單模型早就已經被更為精準的愛因斯坦模型取代了。

設想你往空中投擲一個蘋果,如果扔得足夠快,它甚至可能完全圍繞地球旋轉——牛頓認為使蘋果運動的力和使月亮圍繞地球旋轉的力是相同的,通過這個

經典力學模型,我們可以模擬運動物體的路徑,比如子彈、汽車,甚至火箭和小行星。

現在進入愛因斯坦的模型:蘋果的運動並不是因為地球施加在上面的力,而是由於空間-時間的結構及因為地球的質量而延伸,所以蘋果只能沿著彎曲時空的表面運動。

這是完全不同的世界模型。通過這個更為精準的模型,我們甚至可以去模擬未來,比如呈現黑洞相撞的宏大場景。

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Matias Alonso Revelli

再說一個科學哲學界的例子。

公元前 340 年,古希臘哲學家亞里士多德在他的《論天》中建立了這樣的世界模型:1、月食是由於地球的影子投到月球上所致;2、由於月食時看到的地球的影子總是圓的,可以推斷地球應該是一個球體,而不是圓盤狀;3、地球是宇宙的中心,太陽、月亮、行星和其它恆星分別附在八個天球上,以完美的圓形軌道繞地球旋轉。

這個通過觀測和思考得出的模型基本上是可以信賴的,當時

基督教也完全認可亞里士多德的觀點——它們符合《聖經》的宇宙觀,符合上帝創世的理論。這個宇宙模型的最大優點,就是它在最外層的恆星天球之外為天堂和地獄留出了空間。

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Emilie Ristevski

不管你要建立的是一個科學模型、世界觀模型還是企業發展的財務模型,關於 一個好模型是什麼樣子的,霍金和物理學家們已經為我們總結出了簡潔而可靠的答案:

1、它是優雅的;

2、它包含很少任意或者可調整的元素;

3、它和全部已有的觀測一致並能解釋之;

4、它對未來的觀測做出詳細的預言,如果這些預言不成立,觀測就能證偽這個模型。

池塘里的科学家

當你真正理解如何建立一個好模型時,就再也不會為「透鏡」之外的事物所糾結。

比如理解夸克的存在。

自誇克模型被首次提出之後的年月裡,人們一直在爭議這個問題:通過粒子加速器我們看到了夸克模型預測粒子行為的證據,但這個模型同時指出,你永遠無法觀測到單一、獨立存在的夸克,如果我們根本無法看到,那麼說夸克真的存在是否有意義?

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Henry Wall

巧合的是,另外一位我非常喜歡的物理學家和科普作家 加來道雄 也曾在出版書籍裡說起,童年時吸引他走上科學道路的幾件小事之一,是在 8 歲那年認真觀察水池中的鯉魚。

我曾想,在水底的魚群中可能有一些「鯉魚科學家」。他們會對那些提出「在睡蓮之外還存在有另外一個平行世界」的魚冷嘲熱諷。它們認為,唯一真實存在的實物就是魚兒們看得見摸得著的。水池就是一切。水池之外看不見的世界沒有科學意義。

有一次,我遇到了一場暴雨。我注意到成千上萬的小雨滴轟擊在池水錶面。池水錶面變得湍亂,水中的睡蓮在洶湧不息的水波沖刷下搖擺不定。在躲避風雨之時,我想弄清楚周圍發生的一切將會以怎樣的形式呈現在鯉魚們的眼中。在它們看來,睡蓮似乎是自己在運動,沒有任何東西衝刷它們。因為就像我們看不見我們周圍的空氣和空間一樣,鯉魚們也看不見它們賴以生存的水,它們為睡蓮自己能夠運動而困惑不解。

我想,鯉魚科學家將會聰明地杜撰某種虛構的東西——它被稱為「力」,來掩蓋自己的無知。由於不能理解在看不見的水面上存在的水波,它們將得出這樣一個結論:睡蓮之所以能夠不被觸摸而運動,是因為有一種看不見的神秘力在對它們起作用。

它們可能給這種錯覺起一個高深莫測的名稱(如超距作用,或沒有任何接觸睡蓮即會運動的能力)。

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池塘里的科学家

danny.pov

在加來道雄長大,甚至已經成為科學家之後,他仍然會時常想起「鯉魚科學家」的事——他始終保持對超維空間的興趣,卻被更資深的學者反覆告知,這種超越人類理解能力的事物不是一個合適的嚴肅研究課題。

雖然我們常用的電磁場方程在 19 世紀就被麥克斯韋發現,他的這一工作十分完美,但方程好像相當隨意。

我覺得物理學家們(就像鯉魚那樣)發明的這些「力」,實際上掩蓋了我們對物體怎樣能夠不彼此接觸而運動這一問題的無知。

如今加來道雄已經是一位非常知名的理論物理學家,超弦理論的奠基人,秉持著愛因斯坦的精神:探尋「所有事物的原理」。

他仍在嘗試打破「透鏡」的桎梏,尋找正確的座標系,以探尋那些我們看不見的東西的答案。他認為身在三維時空的我們無法理解的高維空間,就是許多難以解釋和統一的自然規律的答案。

身在池塘裡,也可以去構建更廣闊的「外部世界」模型。

池塘里的科学家

我常想,我們就像自鳴得意地在池中游動的鯉魚。一生就在我們自己的「池塘」裡度過,以為我們宇宙只包含那些看得見摸得著的事物。

- 加來道雄《超越時空》

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