《二态系统的量子力学》(1)

发布时间:2020-03-26 编辑:西极电力网

 

 

 

科学原则上就是你有一堆现象,然后你要找一个可计算的模型。比如说通常情况下它是一堆数学模型,然后你从数学模型里头计算出来的结果,需要和这个现象相互符合,当然允许有一定的误差。那么这样一个东西就是科学

 

 

大家好,我今天来给大家讲一下,我出版的一本书,叫《二态系统的量子力学》。我做了一个整体的概念地图。在这个图里面你会发现,量子力学,我给它做了三部分要讲的东西。第一部分是量子系统的行为,第二部分是量子系统的理论,第三部分是,为什么量子系统的理论的数学形式会是这么一个比较奇怪的、跟经典力学完全不同、跟你的日常生活经验完全不同的形式。这样三方面是这本书里要讲的主要内容。

 

为什么在量子力学里头我们要问第三个问题,这样一个问题也就是我的这本书和大多数的教材不一样的地方。我花了非常大的篇幅和精力来告诉大家为什么量子力学的数学形式会长得这么奇怪。我认为你学完了前两条而不去思考最后这一条,其实并没有把量子力学学明白。

 

先不回答第三个问题。但是去问为什么我们要问第三个问题,这个问题实际上背后是问什么是科学的问题。科学原则上就是你有一堆现象,然后你要找一个可计算的模型。比如说通常情况下它是一堆数学模型,然后你从数学模型里头计算出来的结果,需要和这个现象相互符合,当然允许有一定的误差。那么这样一个东西就是科学。

 

先大概说一下这第三个问题的答案。如果说我们有一些现象,你不能用任何你已经知道的数学的模型去描述它,你不能用任何你非常熟悉的基于你的日常生活经验的模型去描述它,那么你就不得不去做突破。这些突破就是用那些跟你日常经验有冲突的,你觉得非常不熟悉不舒服的理论去描述它,这就是科学。

 

作为科学来说,我们实际上真正的基石,刚才提到了,是实验以及一个可计算的模型。也就是说要用一些思维的形式化的语言,也就是数学,但是它的真正的另外一个基石叫批判性思维。它遵循的原则是,不管是什么样的概念还是知识也好,还是事实也好,如果它没有经受过理性的思维的拷问,那么它不能成为进一步的基础。为了体现批判性思维这样一个东西在整个科学进展当中的作用,我下面举个例子。比如说从日常生活经验,我们很快就可以知道重的东西落得更快。于是有人,包括非常著名的哲学家,他们就也提出这样一个命题,,说重的东西落得更快。我们还知道,比如说我推这个桌子,当我停下来不推它的时候它就不动了。于是我们也很容易得到一个结论,这个结论就是物体的运动的状态是靠力来维持的。一旦这个力没有了,它就不动了。也就是力是使得物体运动的原因

 

那么这样两个命题其实在历史上就真的在很长时间,被认为是正确的一个命题、正确的理论,直到有人真的拿实验来检验它们的时候。大家知道伽利略的一组实验。如果我让一个东西从滑板上飘下来,如果滑板是非常接近光滑的,那么按照力是维持运动的原因的观点就会推出来。一旦跑到这个滑板斜面跑到这个平面上来的时候,它就应该不再运动了。因为它至少这个水平方向,它已经不受其他力的作用了。

 

但是实验发现,随着这个下面的水平方向的平面变得越来越光滑,它能够往前前进的距离会越来越长。所以你就会发现力不是维持物体的运动的原因,而是力实际上可能是一定程度上改变物体运动状态的原因。所以你就发现在整个过程当中,你最重要的指导的思想就是,我一定要知道这件事情是不是对的,而知道的方法是我不是从到底这件事情谁说的,还是这件事情是不是我的日常经验这样一个角度来判断对错,而是靠你的理性去判断对错。

 

那你接着问这个理性背后有没有一些更加具体的、更加占有比较高的地位指导你思考的思想?大概是有的。这个问题如果有兴趣,可以去看看,比如说卡尔波普尔(Karl Raimund  Popper,1902-1994的科学哲学之类的东西。所以原则上说科学它其实只不过就是测量加上多问几个为什么。

 

那当然我们说了科学有科学的目标,就是一套可计算的理论去描述这个事实。同时科学还有一个稍微高一点的追求。这个追求是,它希望不是一个一个的模型去描述一个一个的现象,而是希望有越来越多的现象用越来越少的模型和假设去描述。所以它希望的事情是有一定的系统性。

 

说到科学的可验证性,我们稍微提一下一个叫做可证伪性的东西。如果我说天下乌鸦都是黑的。我不能告诉你这句话真的是可验证的。因为我找不出天下所有的乌鸦来。但是我能告诉你的事情是,在我能找出来的所有的乌鸦的范围内,它既然还都是黑的不是白的。那么我就认为这样一个命题,或者这样一个理论体系,至少在这个范围内是正确的,这个就叫做可证伪性――原则上是可以被事实证明是错的。但是这样的事实迄今为止没有出现过,这样的东西就叫科学。那么类似于比如说你问我,上帝是存在的这样一个命题,它是不是科学?这个事情我不知道,因为我不知道原则上是不是就有一些事实可以使得这个命题不成立。

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