科学与宗教之战(下)
“但问题是，量子力学强调了精神的重要性，这是许多人所不能接受的。根据量子力学，一个粒子的状态是不确定的，除非有人对它进行观测。如果我们用仪器而不是人对它进行测量，那么粒子的状态确定了，但不确定性又传给了仪器。这样，可以有一连串的仪器相互测量。但总是有一台仪器处于一种非实在的状态中。”
“薛定谔猫的悲惨故事说明了精神的重要性。在这个著名的假想实验中，一只猫被封闭在盒中，盒中有一瓶氢氰酸，其上有一只铁锤，由一个盖革计数器控制。当计数器内的放射性物质有一个原子衰变时，计数管就放电并通过继电器释放铁锤，瓶被打破，猫就被毒死。而如果一段时间后还没有原子衰变，那猫就活着。我们知道，这只猫非死即活，两者必居其一，可是，按照量子力学规则，整个系统处于两种态的迭加之中，一态有活猫，另一态有死猫。在我们打开盒子观看之前，这只可怜的猫处于一种悬而未决的状态中，既死又活。”
“有人企图用平行宇宙的理论来解释。他们认为，每一种选择，都使宇宙分裂，在薛定谔猫的实验中，宇宙分裂成两个拷贝，一个包含着活猫，一个包含着死猫。这两个宇宙都包含着观测者的拷贝，其中每个人都认为它是唯一的。对于这个理论，主要有两种批评。一种认为它为了解释我们宇宙中一个难题，而引入无限多的宇宙，违背了奥科姆剃刀原理。另一种反对意见则是基于它的不可检测性。伯克莱主教曾说，他身后的树不存在。现在看来，这种荒谬的说法，竟找到了理论依据。”
“问题的关键在于量子力学的正确性。无疑，量子力学取得了巨大的成功，它以科学史上史无前例的精细程度描述着世界。然而，这个富丽堂皇的理论大厦却是建立在一种深刻的不稳定的佯谬之上的。这使它赢得相当多物理学家的的同时，也遭到另一批物理学家的反对。”
“在爱因斯坦看来，他相对论方程描述时空曲率的一边是美的，他称为‘大理石’，而描述质能的另一边则是丑的，他称为‘木头’。爱因斯坦的梦想是把木头转化成大理石，即给物质一种完全是几何学的起源。”
“然而，作为量子力学的创始人之一，爱因斯坦意识到量子理论是一种完全由木头构成的宇宙，这使他相当震惊。为此，他设计了许多精巧的思维实验，试图推翻量子论。但每一次都被玻尔用更巧妙方法驳回。这场较量令爱因斯坦非常苦恼，同时也折磨着玻尔。在玻尔1962年去世的第二天早上，人们在他房中的黑板上，发现画有一幅爱因斯坦1930年思维实验的示意图。看来，玻尔直到生命的结束，还在同爱因斯坦的主张斗争。”
“在这场著名的论战中，玻尔虽然一直占着上风，但他也从来没有能够说服爱因斯坦。毕竟，量子力学和相对论，这两个二十世纪最伟大的理论，是不相容的。将量子力学与相对论统一起来，成了一代物理学家的梦想。卡鲁查——克莱因理论以及后来更进一步的超弦理论，似乎为两者的统一指出了一个可能的方向。”
“曾经有人认为，应该给爱因斯坦的四维时空增加一个维度。这是在假设时间旅行可行及热力学第二定律正确的基础上的。这两个假设一个认为时间可逆，另一个认为时间不可逆，如果这两个互相矛盾的说法都成立，那么，增加一个维度似乎是唯一的选择。我们可以通过第五维来实现时间旅行，避免了在时间轴上的倒退。这好比我们要跨过平面地板上的一条直线，只需要在三维空间中抬起腿就行了。问题只是，这两个假设是否成立？”
“符合我们常识的热力学第二定律似乎没什么问题。许多人把它誉为自然科学的第一定律，即所有理论都不能与它违背。当然，也有人试图推翻它。在一个著名的假想实验中，一块隔板将盒中的气体分成两部分，板上有扇小门，由一个小妖，即麦克斯韦妖控制，小妖观察着运动到小门的气体分子，让一边只通过速率大的分子，另一边则只通过速率小的分子。于是，一边的气体越来越热，另一边却越来越冷，这显然违背了第二定律。”
“然而，如果考察包括小妖在内的整个系统，小妖为了得到气体分子速率的信息，就要对它测量，这势必要增加更多的熵，因此，整个系统的熵仍是增加的。麦克斯韦妖并没有违背热力学第二定律，那么，kam定理又如何呢？它似乎推翻了第二定律，但乔治亚工业学院的计算机模拟实验表明，在数目足够大的情况下，所有关于规则周期运动的行迹都会被淹没掉，那时kam定理失去作用，不可逆性再次主宰一切。”
“相比之下，时间旅行引来了更多的争议。从理论上说，这是为广义相对论所允许的。狭义相对论认为宏观物体永远不能加速到光速，但要达到高速有一条捷径。在一条地毯上，我们要接近另一端，除了走过去，还能将地毯拉过来，这样我们虽然没动，却仍然达到了目的，而同样，时空也是可以扭曲的。”
“虽然爱因斯坦认为爱因斯坦——罗森桥无法通过，但最近的计算显示，通过桥会非常困难，但却是可能的。如果从正面接近克尔黑洞，会遇到一个很大但却是有限的曲率，也就是说，引力不是无穷大。而霍金发现的黑洞辐射，显然也是个有限值。因此，主要问题不在于理论本身，而在于由此引起的许多佯谬。它们大致可以分为两类。”
“一类认为，如果我们能回到过去，改变历史，那么历史就失去了意义，而过去的改变势必引起现在的改变，最终必然带来逻辑上的矛盾。另一类观点认为，如果我们能够回到过去，那么未来人类更可能回到现在，可我们显然没有未来人类造访的证据。”
“对此，我感到很困惑。因为我觉得这很容易解释。我们知道，在空间坐标中，一个物体只能占据一个坐标，也就是说，任何宏观物体，不可能既在这里，又在那里。那么，换成四维时空坐标中，又为什么一定要认为物体能占据多个坐标呢？如果物体只允许有一个时空坐标，那么，对我们来说，我们活到了今天，昨天的我们就不存在了，对一张桌子，一把椅子，也同样如此。”
“如果谁回到过去，一定不会找到历史中的世界，他一定不会遇到年幼时的自己，所以，并不存在逻辑上的困难。而对于未来的人类，我认为是不存在的。宇宙有一个年龄，空间轴和时间轴都有一个尽头，虽然，今天的我们无疑会活到明天，但对现在而言，明天的我们并不存在。自然，我们也不会受到未来人类的造访了。”
“如果这样的观点正确，那么时间旅行就不存在任何佯谬了。在七十多年前，卡鲁查就提出类似的观点，后来克莱因又发展了这个理论。之后，又出现了更高维数的超弦理论。为了满足自洽，它需要10或26维。”
“弦这个字指出，这个理论可以用小环来描述粒子，而不用点来描述，每个环的典型尺度大约是10-35米。超弦理论源自一种靴袢原理，意思是说一组基本粒子可以看成是相同粒子联合成的一种自洽态，所有粒子都应看成是组成成分，所有粒子都应看成是把各组成成分联在一起的立场的量子，所有粒子都要以组成成分的束缚态出现。”
“超弦理论，特别是其杂化形式，可能正是长期寻找的统一量子场论。在适当的近似时，它自然而然的蕴涵着爱因斯坦的引力理论。而且，当它把爱因斯坦的引力理论和其它场的理论与量子场论结合在一起时，不会出现通常都有的无限大的困难。它还可以解释为什么基本粒子有这么多的多样性。”
“对于近于完美的超弦理论，也有许多人强烈反对。这主要由于它不能被检测。虽然，被认为不能被不检测的东西未必真不能检测，例如恒星的构成、原子的存在性、中微子的存在性，都曾被认为无法检测，现在却都有了巧妙的检测方法。但就目前而言，对高维空间的观测仍是不可想象的。”
“因此，那些反对者认为，一个不能用实验验证的理论，根本算不上是一个理论。同时，或许有人会问，为什么是弦，而不是振动的固体，不是一个疙瘩？这个问题，恐怕理论本身是无法回答的。”
“由此看来，在对几个基本问题的解释上，现在的科学还是极不完备的，甚至，它或许根本是错的。也许有人会说，科学这么的严谨，它解释了大部分的自然现象，为人类贡献了无数有用的技术和发明，它怎么会不正确呢？”
姜皓星最后总结道：“的确，科学，尤其是近代科学，取得了巨大的成功，但成功的、有用的理论未必正确，牛顿力学、热质说、宗教，不都是如此吗？科学之所以能成为科学，只是因为我们生活于其中的宇宙是一个井然有序的宇宙，这宇宙符合质朴的数学定律，科学家的工作，就是研究、讲述大自然的井然有序，并将其有序分门别类，而不是对大自然的秩序的起源提出疑问。”
郝建国听得目瞪口呆，一时说不出话来。
姜皓星笑了笑道：“我们假设一下，有一位科学家，他训练了一只跳蚤，让它听到铃声就起跳。然后，科学家麻醉了跳蚤的一条腿，摇一摇铃，跳蚤仍然跳了起来，于是科学家又麻醉了跳蚤的一条腿，结果还是一样。直到最后，跳蚤所有的腿都被麻醉后，铃声响起，但它终于不再跳了。”
郝建国听得有些莫名，问道：“然后呢？”
姜皓星笑道：“然后，这位科学家庄严地宣布，基于无可辩驳的实验事实，他发现跳蚤的听觉器官是在腿上的，它的听力与健康腿数目有一种非线性关系，并随后给出了一组偏微分方程。我们现在的科学，难道就一定不是这样吗？”
郝建国无话可答，叹了口气，转身走出了房间，而姜皓星继续埋头整理起神仙资料来。
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“薛定谔猫的悲惨故事说明了精神的重要性。在这个著名的假想实验中，一只猫被封闭在盒中，盒中有一瓶氢氰酸，其上有一只铁锤，由一个盖革计数器控制。当计数器内的放射性物质有一个原子衰变时，计数管就放电并通过继电器释放铁锤，瓶被打破，猫就被毒死。而如果一段时间后还没有原子衰变，那猫就活着。我们知道，这只猫非死即活，两者必居其一，可是，按照量子力学规则，整个系统处于两种态的迭加之中，一态有活猫，另一态有死猫。在我们打开盒子观看之前，这只可怜的猫处于一种悬而未决的状态中，既死又活。”
“有人企图用平行宇宙的理论来解释。他们认为，每一种选择，都使宇宙分裂，在薛定谔猫的实验中，宇宙分裂成两个拷贝，一个包含着活猫，一个包含着死猫。这两个宇宙都包含着观测者的拷贝，其中每个人都认为它是唯一的。对于这个理论，主要有两种批评。一种认为它为了解释我们宇宙中一个难题，而引入无限多的宇宙，违背了奥科姆剃刀原理。另一种反对意见则是基于它的不可检测性。伯克莱主教曾说，他身后的树不存在。现在看来，这种荒谬的说法，竟找到了理论依据。”
“问题的关键在于量子力学的正确性。无疑，量子力学取得了巨大的成功，它以科学史上史无前例的精细程度描述着世界。然而，这个富丽堂皇的理论大厦却是建立在一种深刻的不稳定的佯谬之上的。这使它赢得相当多物理学家的的同时，也遭到另一批物理学家的反对。”
“在爱因斯坦看来，他相对论方程描述时空曲率的一边是美的，他称为‘大理石’，而描述质能的另一边则是丑的，他称为‘木头’。爱因斯坦的梦想是把木头转化成大理石，即给物质一种完全是几何学的起源。”
“然而，作为量子力学的创始人之一，爱因斯坦意识到量子理论是一种完全由木头构成的宇宙，这使他相当震惊。为此，他设计了许多精巧的思维实验，试图推翻量子论。但每一次都被玻尔用更巧妙方法驳回。这场较量令爱因斯坦非常苦恼，同时也折磨着玻尔。在玻尔1962年去世的第二天早上，人们在他房中的黑板上，发现画有一幅爱因斯坦1930年思维实验的示意图。看来，玻尔直到生命的结束，还在同爱因斯坦的主张斗争。”
“在这场著名的论战中，玻尔虽然一直占着上风，但他也从来没有能够说服爱因斯坦。毕竟，量子力学和相对论，这两个二十世纪最伟大的理论，是不相容的。将量子力学与相对论统一起来，成了一代物理学家的梦想。卡鲁查——克莱因理论以及后来更进一步的超弦理论，似乎为两者的统一指出了一个可能的方向。”
“曾经有人认为，应该给爱因斯坦的四维时空增加一个维度。这是在假设时间旅行可行及热力学第二定律正确的基础上的。这两个假设一个认为时间可逆，另一个认为时间不可逆，如果这两个互相矛盾的说法都成立，那么，增加一个维度似乎是唯一的选择。我们可以通过第五维来实现时间旅行，避免了在时间轴上的倒退。这好比我们要跨过平面地板上的一条直线，只需要在三维空间中抬起腿就行了。问题只是，这两个假设是否成立？”
“符合我们常识的热力学第二定律似乎没什么问题。许多人把它誉为自然科学的第一定律，即所有理论都不能与它违背。当然，也有人试图推翻它。在一个著名的假想实验中，一块隔板将盒中的气体分成两部分，板上有扇小门，由一个小妖，即麦克斯韦妖控制，小妖观察着运动到小门的气体分子，让一边只通过速率大的分子，另一边则只通过速率小的分子。于是，一边的气体越来越热，另一边却越来越冷，这显然违背了第二定律。”
“然而，如果考察包括小妖在内的整个系统，小妖为了得到气体分子速率的信息，就要对它测量，这势必要增加更多的熵，因此，整个系统的熵仍是增加的。麦克斯韦妖并没有违背热力学第二定律，那么，kam定理又如何呢？它似乎推翻了第二定律，但乔治亚工业学院的计算机模拟实验表明，在数目足够大的情况下，所有关于规则周期运动的行迹都会被淹没掉，那时kam定理失去作用，不可逆性再次主宰一切。”
“相比之下，时间旅行引来了更多的争议。从理论上说，这是为广义相对论所允许的。狭义相对论认为宏观物体永远不能加速到光速，但要达到高速有一条捷径。在一条地毯上，我们要接近另一端，除了走过去，还能将地毯拉过来，这样我们虽然没动，却仍然达到了目的，而同样，时空也是可以扭曲的。”
“虽然爱因斯坦认为爱因斯坦——罗森桥无法通过，但最近的计算显示，通过桥会非常困难，但却是可能的。如果从正面接近克尔黑洞，会遇到一个很大但却是有限的曲率，也就是说，引力不是无穷大。而霍金发现的黑洞辐射，显然也是个有限值。因此，主要问题不在于理论本身，而在于由此引起的许多佯谬。它们大致可以分为两类。”
“一类认为，如果我们能回到过去，改变历史，那么历史就失去了意义，而过去的改变势必引起现在的改变，最终必然带来逻辑上的矛盾。另一类观点认为，如果我们能够回到过去，那么未来人类更可能回到现在，可我们显然没有未来人类造访的证据。”
“对此，我感到很困惑。因为我觉得这很容易解释。我们知道，在空间坐标中，一个物体只能占据一个坐标，也就是说，任何宏观物体，不可能既在这里，又在那里。那么，换成四维时空坐标中，又为什么一定要认为物体能占据多个坐标呢？如果物体只允许有一个时空坐标，那么，对我们来说，我们活到了今天，昨天的我们就不存在了，对一张桌子，一把椅子，也同样如此。”
“如果谁回到过去，一定不会找到历史中的世界，他一定不会遇到年幼时的自己，所以，并不存在逻辑上的困难。而对于未来的人类，我认为是不存在的。宇宙有一个年龄，空间轴和时间轴都有一个尽头，虽然，今天的我们无疑会活到明天，但对现在而言，明天的我们并不存在。自然，我们也不会受到未来人类的造访了。”
“如果这样的观点正确，那么时间旅行就不存在任何佯谬了。在七十多年前，卡鲁查就提出类似的观点，后来克莱因又发展了这个理论。之后，又出现了更高维数的超弦理论。为了满足自洽，它需要10或26维。”
“弦这个字指出，这个理论可以用小环来描述粒子，而不用点来描述，每个环的典型尺度大约是10-35米。超弦理论源自一种靴袢原理，意思是说一组基本粒子可以看成是相同粒子联合成的一种自洽态，所有粒子都应看成是组成成分，所有粒子都应看成是把各组成成分联在一起的立场的量子，所有粒子都要以组成成分的束缚态出现。”
“超弦理论，特别是其杂化形式，可能正是长期寻找的统一量子场论。在适当的近似时，它自然而然的蕴涵着爱因斯坦的引力理论。而且，当它把爱因斯坦的引力理论和其它场的理论与量子场论结合在一起时，不会出现通常都有的无限大的困难。它还可以解释为什么基本粒子有这么多的多样性。”
“对于近于完美的超弦理论，也有许多人强烈反对。这主要由于它不能被检测。虽然，被认为不能被不检测的东西未必真不能检测，例如恒星的构成、原子的存在性、中微子的存在性，都曾被认为无法检测，现在却都有了巧妙的检测方法。但就目前而言，对高维空间的观测仍是不可想象的。”
“因此，那些反对者认为，一个不能用实验验证的理论，根本算不上是一个理论。同时，或许有人会问，为什么是弦，而不是振动的固体，不是一个疙瘩？这个问题，恐怕理论本身是无法回答的。”
“由此看来，在对几个基本问题的解释上，现在的科学还是极不完备的，甚至，它或许根本是错的。也许有人会说，科学这么的严谨，它解释了大部分的自然现象，为人类贡献了无数有用的技术和发明，它怎么会不正确呢？”
姜皓星最后总结道：“的确，科学，尤其是近代科学，取得了巨大的成功，但成功的、有用的理论未必正确，牛顿力学、热质说、宗教，不都是如此吗？科学之所以能成为科学，只是因为我们生活于其中的宇宙是一个井然有序的宇宙，这宇宙符合质朴的数学定律，科学家的工作，就是研究、讲述大自然的井然有序，并将其有序分门别类，而不是对大自然的秩序的起源提出疑问。”
郝建国听得目瞪口呆，一时说不出话来。
姜皓星笑了笑道：“我们假设一下，有一位科学家，他训练了一只跳蚤，让它听到铃声就起跳。然后，科学家麻醉了跳蚤的一条腿，摇一摇铃，跳蚤仍然跳了起来，于是科学家又麻醉了跳蚤的一条腿，结果还是一样。直到最后，跳蚤所有的腿都被麻醉后，铃声响起，但它终于不再跳了。”
郝建国听得有些莫名，问道：“然后呢？”
姜皓星笑道：“然后，这位科学家庄严地宣布，基于无可辩驳的实验事实，他发现跳蚤的听觉器官是在腿上的，它的听力与健康腿数目有一种非线性关系，并随后给出了一组偏微分方程。我们现在的科学，难道就一定不是这样吗？”
郝建国无话可答，叹了口气，转身走出了房间，而姜皓星继续埋头整理起神仙资料来。
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