现代物理学的哲学启示pdf/txt下载_在线阅读全文

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　　本书着重物理图像，基本没有数学公式，适合理工类专业的大学学生，以及具有高中物理基础的广大物理爱好者和哲学爱好者阅读参考。

内容简介

　　本书以20世纪的物理学革命为背景，介绍了现代物理学的主要支柱——量子力学对微观物质的认识，以及这一理论背后饱受争议的哲学理念。在此基础上，探讨了一些传统哲学理论可能具有的问题，并对物理学和哲学的未来进行了一点展望。

目　　录

前言
第一章　物理学的基本知识
　第一节　世界的规律和科学的精神
　第二节　物质的构成
　第三节　宏观世界和微观世界的巨大差异
　第四节　粒子和波的差别
第二章　微观世界的奇异性
　第一节　哲学准备：什么叫客观实在
　第二节　既是粒子又是波
　第三节　一个看似简单的问题
　第四节　问题不存在，答案也就不存在
第三章　量子力学的世界观与挑战
　第一节　量子力学的路径积分理论
　第二节　隐变量理论

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　　第一章物理学的基本知识
　　第一节世界的规律和科学的精神
　　物理学之所以成立，其根本在于这个世界具有规律性。
　　规律无所不在。太阳东升西落，每年四季变更，大地似乎总是平的，而天空总是圆的。这些规律我们习以为常，而古人也基于这些规律提出了对世界的构想。比如，中国古代有天圆地方之说，而北欧的人则相信大地是被一只巨型乌龟驮在背上的。（注：好吧那么这只乌龟又是站在什么上面的呢？）
　　今天我们知道，这些古代的世界理论都是错误的。原因在于，它们所基于的仅是最表面、最肤浅的规律，而缺乏对细节的全面考察。如大地的平坦，那只是一定距离内的近似，如果在长距离上仔细测量，就会发现大地其实是弯曲的。今天我们可以从太空船上看大地，在那个高度一眼就能看到大地是球形的。又如，太阳的东升西落，如果仔细观察，就会发现每天日出和日落的时间并不一样，夏天的时候日出早、日落晚，冬天则相反。天圆地方的简单理论是不能解释这些细节的。
　　所以说，细节才是揭示真理的关键。研究细节，才能获得真知。这就是“格物致知”的精神了。不过，我们通过细节要找寻的，仍然是“规律”。
　　让我们先从最基本的概念说起，来谈谈到底什么叫做规律。
　　通俗地说，规律就是指某些事情无论何时何地总是以同样的方式发生，而某些事情无论何时何地都不会发生。这就是说，规律必须是无视时间和空间位置的。比如，水往低处流，无论在中国还是外国，无论在今天还是明天，这个事实都不会改变，所以它就是一条规律。如果在外国变成水往高处流，那么这就不是规律了。当然，人类能够接触的时空范围总是有限的，所以，我们认识的规律严格来说都是“局部性”的规律，虽然我们倾向于相信某些基本规律可能是全宇宙适用的。
　　一个规律无论何时何地，无论由谁来看都一样，这就叫“客观规律”。一旦我们掌握了某个客观规律，就可以用它来对尚未发生的事做出预言，而我们就可以通过设计某些条件来造成我们想要的结果，这就是认识规律对人类的好处。
　　人类对这个世界的长期观察，揭示了一个事实：这个世界的一切现象都是有规律可循的，从来就不存在没有道理的现象；反之，假如这个世界没有规律，物理学就没有存在的必要，也没有存在的可能。（注：虽然某些讨厌物理的人可能很希望物理不存在，从而少一门考试，但事实是，一个没有规律的世界更可怕。想想看，别的不说，只要子弹的运动没有规律就够可怕了吧？）
　　规律之树

第一章 物理学的基本知识 
　　第一节 世界的规律和科学的精神 
　　物理学之所以成立，其根本在于这个世界具有规律性。 
　　规律无所不在。太阳东升西落，每年四季变更，大地似乎总是平的，而天空总是圆的。这些规律我们习以为常，而古人也基于这些规律提出了对世界的构想。比如，中国古代有天圆地方之说，而北欧的人则相信大地是被一只巨型乌龟驮在背上的。（注：好吧 那么这只乌龟又是站在什么上面的呢？） 
　　今天我们知道，这些古代的世界理论都是错误的。原因在于，它们所基于的仅是最表面、最肤浅的规律，而缺乏对细节的全面考察。如大地的平坦，那只是一定距离内的近似，如果在长距离上仔细测量，就会发现大地其实是弯曲的。今天我们可以从太空船上看大地，在那个高度一眼就能看到大地是球形的。又如，太阳的东升西落，如果仔细观察，就会发现每天日出和日落的时间并不一样，夏天的时候日出早、日落晚，冬天则相反。天圆地方的简单理论是不能解释这些细节的。 
　　所以说，细节才是揭示真理的关键。研究细节，才能获得真知。这就是“格物致知”的精神了。不过，我们通过细节要找寻的，仍然是“规律”。 
　　让我们先从最基本的概念说起，来谈谈到底什么叫做规律。 
　　通俗地说，规律就是指某些事情无论何时何地总是以同样的方式发生，而某些事情无论何时何地都不会发生。这就是说，规律必须是无视时间和空间位置的。比如，水往低处流，无论在中国还是外国，无论在今天还是明天，这个事实都不会改变，所以它就是一条规律。如果在外国变成水往高处流，那么这就不是规律了。当然，人类能够接触的时空范围总是有限的，所以，我们认识的规律严格来说都是“局部性”的规律，虽然我们倾向于相信某些基本规律可能是全宇宙适用的。 
　　一个规律无论何时何地，无论由谁来看都一样，这就叫“客观规律”。一旦我们掌握了某个客观规律，就可以用它来对尚未发生的事做出预言，而我们就可以通过设计某些条件来造成我们想要的结果，这就是认识规律对人类的好处。 
　　人类对这个世界的长期观察，揭示了一个事实：这个世界的一切现象都是有规律可循的，从来就不存在没有道理的现象；反之，假如这个世界没有规律，物理学就没有存在的必要，也没有存在的可能。（注：虽然某些讨厌物理的人可能很希望物理不存在，从而少一门考试，但事实是，一个没有规律的世界更可怕。想想看，别的不说，只要子弹的运动没有规律就够可怕了吧？） 
　　规律之树 
　　物理学所做的，并不仅仅是记录这个世界的规律，因为那还是太浅薄了。表面看来，这个世界的规律数不胜数，比如，铁总是比拳头硬，冰总是比人体冷，没人能把自己提离地面等。如果只是记录这些表面规律，那么这还只是处于总结“经验规律”的层次。要突破这个层次，就必须看到，规律本身也需要解释。比如，为什么水总是往低处流？提出这种问题就是科学思维的开端。 
　　一旦开始想这种问题，我们就会发现，有很多表面规律其实是同一个更深的规律造成的。比如，“四季变更”和“水往低处流”，这两个表面规律看起来没什么关系，但是实际上，它们都是万有引力造成的：四季变更来自于地球在太阳引力之下的绕日运动，水往低处流则是水受了地球引力的作用。只要理解了万有引力定律，它们都能得到自然统一的解释。所以，万有引力定律是比它们更深层的规律。由此可见，深层规律比表面规律具有更高的普适性和概括性。从表面规律得出深层规律，就是物理学的主要目的。 
　　然而正如前言所述，规律本身也需要解释，深层规律也不例外！通过对它们的分析，将会发现“更深层”的规律。这就形成了一个有趣的局面：物理学发现的规律都是一层一层的。越深层的规律，数量越少，普适性概括性越强。按照目前的自然科学，我们可以构造一个如图1-1-1所示的“规律之树”。 
　　图1-1-1 人类认识的规律之树图示 
　　这只是一个极简化的示意图，实际上“表面规律”里面也有很多层次，从最浅显的日常规律到较深的工程科学规律。这里的规律只包含从物理衍生出来的自然科学规律。社会科学的规律是另一套体系 
　　规律之树的根是一切规律的源头，那是宇宙最深刻最基本的规律：“终极规律”。宇宙的一切现象都是由它衍生出来的枝叶。物理学要做的事情，就是顺藤摸瓜，一步步地从枝叶追向根源。这种反向的探索就好像我们在观看别人下一种未知的棋，而我们必须从棋局的变化推断这种棋的规则。不过，大自然的现象远比任何棋局复杂得多，物理学的研究自然颇具难度，充满了歧路和误导。不过到现在，物理学已经取得了相当伟大的成就，我们知道的一切物质现象已经被归于两个理论：量子力学和广义相对论。当然，这条路还没有走到尽头，物理学家还在试图寻找这两个理论之下的“大统一理论”，并且我们相信那很有可能就是“终极规律”。 
　　科学的精神 
　　物理学是自然科学的基石。从物理学发现规律的方式，我们可以看到科学精神的两大要素：“一切从事实出发”与“相信一切都有逻辑的非随意的解释”。 
　　“一切从事实出发”是科学的基本原则，这一点大概人人都知道。不以事实为基础的理论，可以是玄学，可以是科幻，但不是科学。不过这一原则还必须加上一个注脚才完整，那就是对待事实不能有偏见。对科学而言，所有的事实都有同等的地位，它们都包含着通向真理的道路。然而很多人头脑中往往存在着来自于自身经验的偏见，或者说 “定见”，也就是说，对什么可能，什么不可能有先入为主的判断，拒绝接受与之相反的事实。这种定见往往并不见得正确。一个科学家，需要“大胆假设，小心求证”，头脑里不要有太多条框，但是对事实的考察必须严格谨慎。只有这样建立起来的理论才是坚实的。 
　　现在来谈第二个要素。这个要素的关键，是理解什么叫做“逻辑的非随意的解释”。这个概念的含义：首先，这个解释必须在逻辑上说得通，不会推出自相矛盾的结果；其次，这个解释不能是随意编造的，它必须能够加深我们对现象的理解，从而有助于我们更好地预测事物发展。如果一个解释对于我们预测事物的发展完全没有帮助，那么这个解释就是随意的，其存在也就没有实际意义。 
　　“非随意的”也可以替换成“可以验证的”。因为任何一个非随意的解释，都必然能对事物的发展作出新的预言，只要检验其预言，就能知道这个解释是否可靠。所以，非随意的解释都是可验证的。随意的解释则是不可验证的，因为它不产生新的可供检验的预言。 
　　在这里，笔者必须说清两个逻辑。 
　　第一，如果某个理论作出了一个预言，而这个预言真的变成了现实，这并不证明该理论正确！ 
　　原因很简单，很可能有其他的理论也能给出同样的预言。 
　　这个逻辑最容易被人忽视而产生误判，从而导致“迷信”。举个例子，某人在跳大神之后治好了病，并不意味着跳大神就是治病的良方，更有可能的是，该人的病愈有其他的原因。 
　　所以在科学工作中，我们几乎从来不说我们的实验“证明”了某个理论，而只是说“支持”某个理论。 
　　原则上来说，一个物理理论是不可能获得“严格证明”的（这是物理和数学的一个大差别）。当然，如果支持该理论的实验证据很多，而找不到反面证据，我们就可以说它“目前所知”是正确的。 
　　第二，如果某个理论作出了一个预言，而这个预言没有兑现，这确实证明了该理论错误。 
　　这一点想必理解起来不会有困难。 
　　所以，“可以验证”等价于“可以证伪”。一个可以验证的预言，必须是有可能错误的，这样它的兑现才有含金量。如果一个预言无论发生什么情况都说得通，立于不败之地，那这样的预言就是“随意”的，毫无意义。比如，我预言明天外星人会来地球，大家等了半天没动静，质疑我的时候，我却说外星人刚来过了，只有我看得到而已。这种刀枪不入的预言有什么意义呢？ 
　　宗教，迷信与科学 
　　宗教是人类社会里的一个深刻的现象。笔者虽然相信科学的精神，但并不认为所有的宗教思想都是谎言，都是“精神鸦片”。至少，笔者了解较多的道教和佛教都有不少思辨性和洞察性很强的思想，那是人类智慧的体现，也是人类文明的财富。 
　　但是，也有一些宗教派别可能会出现较明显的反智反科学倾向，片面强调信徒的无条件忠诚，让他们放弃思考而接受随意编造出来的理论。这就会导致迷信，乃至邪教。我在这里简单说说两个最大众化的迷信，一个是“末日论”，另一个是“神力治病”。当然，这两个迷信并不和某个特定的宗教挂钩。 
　　说起末日论，这在人类历史上由来已久，屡见不鲜。远的不说，就在20世纪80年代，中国书店就里曾流行过不少关于 “诺查丹玛斯大预言”的书。诺查丹玛斯据说是个法国古代的“预言家”，留下了若干晦涩的预言诗。而一些外国作者凭借对那些诗的分析，预测1999年世界末日就会降临。按照这个预言，我们现在已经在天国了。最近的一次末日预言是2012，大家可能还记忆犹新，可惜它只是另一个失败的案例。数百年来，一个个前赴后继的末日预言无不在事实面前化为尘土，然而每次预言失败之后，总会有人找个理由把末日“推迟”，又或者造出新的末日理论。像这种预言还有什么取信的价值呢？


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