辛顿是AI界的奥本海默?诺贝尔物理学奖的争议与迷思(四)

围炉话今朝 2024-10-20 09:46:45

1.解释模式的历史变迁:从亚里士多德到牛顿

它有一个愿望,它想绕着地球转。 我们今天讨论了针对不同对象的解释预期的不同,这已经被认为是理所当然的。但是,如果我们把时间拉回到亚里士多德时期,就会发现这两种问题是没有区分的。不论是对人的行为还是对物体的运动进行解释,亚里士多德认为它们应该服从同一个形而上学体系。 亚里士多德认为,世界由火、水、土、气四种基本元素构成,这些元素具有各自的运动倾向,比如土向往地心,所以石头会落地。而火则倾向于上方,所以火焰会向上升。

所有物体的运动根据四个原因来解释:质料因、形式因、动力因和目的因。例如,对于一栋房子来说,质料因是构成它的木材,形式因是建筑蓝图,动力因是建筑工人的加工与搭建,而目的因则是让房子供人居住和遮风挡雨。亚里士多德认为,目的因才是这些原因中最重要的那个。换句话说,石头的落地和人去餐馆都是为了达到某个目的。 然而,随着自然界观测的日益精确,尤其在天文学领域,亚里士多德的理论变得越来越捉襟见肘。

2.现代物理学的两大革命:经典力学到量子力学

从哥白尼到牛顿,数学逐渐取代了经验哲学,成为揭示宇宙运动之谜的关键。亚里士多德的形而上学体系中的“数”不是最重要的范畴,但现代科学逐渐把数量等因素放在了首位。 天文学革命可以看作是近代科学的开端,亚里士多德为运动学和实验方法做出了巨大贡献。但从某种意义上说,他的最大贡献是认识到,对于自然界的解释,数学比形而上学解释更为重要。

狄卡尔、牛顿等人进一步发展了这一思想,他们认为科学的任务是描述物体的运动过程,而不是解释其目的。牛顿在他的《自然哲学的数学原理》中明确表示:“我不做假设。”他认为,形而上学不应成为物理学的前提,物理学只需要准确描述物体的运动过程。 这种从“为何”到“如何”的转变一直影响到了现代科学的发展,最终确立了数学描述在自然科学中的重要地位。

里士多德的哲学思想认为不需要把宗教学和世界上的形而上学构成一个有机整体。他的一个核心观点是,对于物理现象的解释确实有限。比如,当人们问为什么月球绕着地球转时,他会说因为有这样的万有引力公式描述这种运动。但是,当进一步问为什么万有引力公式是这样的,他选择保持沉默,认为这种解释对于物理学来说是不重要的,而只是物理现象的描述。

我们现在已经习惯了这种从运动学角度解释现象的思维方式,这也代表了一种观念的转变。在近代物理学的发展中,人们对人和物的解释方式开始有了明显的区分。科学史本身是一个非常庞大的话题,我这里就集中讲几个重要的历史节点。我们可以从物理学的发展史开始谈起,它的大致脉络对今天的物理学影响深远。 物理学史上有两个重要的节点。第一个是16、17世纪,以伽利略、笛卡尔和牛顿为代表的时代。他们通过数学和实验的方法,反驳了统治2000年的亚里士多德主义,重构了世界的描述方式。

牛顿提出的力学系统,将世界描述成为一个粒子和机械的宇宙,只要一个初始状态是已知的,那么未来的状态也是确定无疑的。

3.当代物理学的挑战与前景

第二个重要节点是20世纪初,当时人们认为经典物理学体系已经可以解释所有现象。可是两个实验现象——黑体辐射和迈克尔逊-莫雷实验,却不能被解释。人们认为物理解答近在眼前,但不断的尝试让人们意识到,这两个问题实际上动摇了物理学的根基。最终,必须推翻旧体系,迎来相对论和量子力学的新时代。

20世纪的物理学革命,使得相对论和量子力学取代了经典物理学,带来了翻天覆地的认识变革。经典物理学直观而清晰,粒子如同小球在不断碰撞。而量子力学提出了一些令人难以置信的现象,如不确定关系和量子纠缠,这些都超出了我们的感官理解。相对论也提出了时间和空间相互影响的新概念。 这就是近代物理学的主题,晦涩而又富有创意,给科普和科幻带来了无尽的灵感,如薛定谔的猫、平行宇宙和时空穿越等。

总结一下,物理学史上的重要时间节点和思维模式的变革,是理解现代物理学的关键。接下来,如果有朋友对诺贝尔奖或其他科研成果感兴趣,可以提出自己的问题。我认为,任何新的科学突破都有可能带来认知上的颠覆,推动社会的一步步前进。正如《三体》所说,我们的社会在技术上不断进步,也期待新的科学突破带来更多惊喜。

4.物理学与技术创新:从理论到应用

在物理学领域,还有许多可以深入研究的方向,这些研究可能会引领人类社会迈向新的里程碑。然而,是否我们已经到达了一个瓶颈期呢? 首先,诺贝尔奖是广泛认可的,但它并不总是紧跟研究前沿。许多诺贝尔奖的获得者其实是在多年前完成了他们的研究。例如,1982年的研究可能直到现在才获得认可。物理学研究需要经过长时间的验证,这不仅仅是提出一个新的理论,而是要经过多年的验证与考察。因此,诺贝尔奖更多是一种历史性的表彰,而不完全代表当前理论的发展方向。

从理论层面来看,近几十年来,物理学确实没有出现特别具有颠覆性的突破。一个原因可能是物理学并未遇到真正的危机。通常,在常规科学的情况下,研究者们主要在精确测量参数和完善已有理论方面下功夫。极具革命性的物理学理论发展往往是由危机引发的。例如,天文学革命、经典物理和近代物理的发展都是在应对特定危机的时候产生的。今天,我们并不处于危机状态,科学的发展曲线也随着时间推移呈现波峰和波谷。

虽然现在物理学在理论层面没有大的突破,但仍有许多未解决的问题。然而,目前没有一个特别有希望的新理论出现。例如,弦理论曾被认为是统一引力和量子力学的有力候选者,但经过十几年的研究,它并没有达到预期的效果。

同样,大型强子对撞机(LHC)也未能发现超对称粒子,这是弦理论的重要预言。 从技术层面来看,物理学仍有许多令人期待的研究。量子计算可能在计算效率上产生质的突破;材料学研究,特别是在电池技术和超导方面,一旦实现突破,如室温超导,会极大地减少电能在传输过程中的损耗。因此,尽管理论上没有大的进展,物理学在技术层面的研究仍有许多潜力,能够对我们的日常生活产生实际影响。

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