《世界观》-完-4.7
作者: [美] 理查德·德威特
出版社: 机械工业出版社
副标题: 现代人必须要懂的科学哲学和科学史
原作名: Worldviews: An Introduction to the History and Philosophy of Science
译者: 孙天
出版年: 2020-8-20
页数: 512
定价: 109.00元
装帧: 平装
ISBN: 9787111659099
计划一周读完,本月看完。完了,本月看不完了。这是一本好书!但除了目录和正文内容外,其他不相干的都让人厌恶。前两天翻看书架,竟然还看到另外一本此书,只是是第二版,以前都多有钱没脑,不看书就瞎买,还重复性瞎买。
这本书豆瓣上评分很高,所以决定看完《万物皆数》之后开这本科普。拆塑封时,看到封面上几位网红人士的荐书言语,如果这是一本好书,如同明珠被100目砂纸打磨的暴殄天物之感。另外,国人为什么那么喜欢起强迫感那么强的副标题,原书只是很平时的描述,翻译中文就成了“现代人必须要懂的”。就不能平实些,少些花了呼哨,少些噱头。
第一部分 基础命题
第1章 世界观
本可以300-500字写明白。絮絮叨叨,絮絮叨叨。
第2章 真理
真理符合论:决定一个真的观点为真的因素是这个观点与现实相符合。
真理融贯论:决定一个观点为真的因素是这个观点与其他观点连贯一致或紧密结合。不同融贯论之间主要差异在于把谁的观点算在拼图里(各个方面进行解释并连贯符合一致的世界观拼图)。a 个人主义融贯论;b 团体融贯论。以科学为基础的融贯论。
知觉表征论:关于感觉的概括性理论,涉及所有感官。我们没办法确定自身感官所提供表征是否准确。无法从自己的意识经验中走出来,来对比自己意识经验里的东西和产生意识经验的东西。评估表证准确性,需要把表证和这个表证所代表的事物进行对比,而不是其他表证对比。我们根本没办法评估感官给我们提供的表证是否准确,没办法确定现实是什么样子的。
笛卡尔:“Cogito,ergo sum”,我思故我在,这是他感到完全确定的观点。“我活着,我存在”。
第3章 经验事实和哲学性/概念性事实
经验事实:以观察为基础的事实。但不能完全确定现实就是我们所感受到的样子。
哲学性/概念性事实:
大部分观点都不能简单归为一类或另一类。大多数观点的基础既包括以经验为基础的、经观察得来的证据,也包括对我们所处世界概括性的认识。大多数人认为的显而易见的经验事实,被证明其实是错误的哲学性/概念性“事实”,eg火星绕太阳的“正圆事实”和“匀速运动事实”。
经验事实与哲学性//概念性事实之间区别并不取决于这些事实是否被证明是正确的。两者之间区别在于,根据什么类型的原因相信这些事实。只有经过仔细思考,才会发现所秉持的观点更偏向于哪一个经验基础。
第4章 证实与不证实证据和推理
证实推理:简化描述,如果T,那么得出O;O(O是正确的);所以T(非常有可能是正确的)。
不证实推理:简化描述,如果T,那么得出O;O不是正确的;所以T是不正确的。如果T,且A1,A2,A3,…AN,那么O;O是不正确的;所以T不是正确的,或者A1是不正确的,或者A2是不正确的,或者A3是不正确的……或者AN是不正确的。
证实推理是归纳推理。不证实推理是演绎推理。
归纳推理,从特殊到一般。在一个好的归纳推理过程中,即使所有前提条件都是真的,得出的结论也可能是错的。
演绎推理从一般到特殊。一个好的演绎推理,所有前提条件都是真的,得出结论就一定是真的。
第5章 奎因-迪昂论点和对科学方法的意义
法国哲学家,皮埃尔·迪昂(1861-1916),威拉德·奎因(1908-2000)哲学家。
论点三个关键点:
1、我们的观点并不是单独而是作为整体来面对“经验的裁判”;我们通常所验证的其实是一个观点集合。面对不确凿证据时,可以摒弃或修改集合中任意一个观点。
2、通常不存在可以用来判断两个竞争理论中哪一个正确的“判决性实验”;两个理论预言相互矛盾,对一个实验至少可以证明其中一个理论是错误的,但不能证明另一个是正确的。做出错误预言的理论仍可保留,所要摒弃的只是某个辅助假设。涉及对判决性实验概念的某种怀疑论:a无法设计出一个关键来确定两个相互竞争的理论中哪个才是正确的情况。b实验结果不管是什么都可以与任意一个理论相适应——还未形成共识。
3、非充分决定性概念,也就是现在可用的数据,通常不足以让人们找到唯一正确的理论。根据现有数据,理论都是不充分确定的。对不充分确定性概念可以多种解读。
现在,科学的目的通常被认为是提供可能正确的理论。科学判断和理论不能被保证一定是正确的。这不是科学本身的缺陷,完全是由大多数科学推理的归纳性质所决定的。
亚里士多德的公理化方法:科学通常被认为是以提供确定性的知识为目标的。基于从某种意义上说是确定的或必定为真的基本原则的演绎推理。包含两个前提和一个结论的论证过程被称为“三段论”。起点,本身必定为真的前提,通常被称为“第一原则”,被当作世界基本的、必定为真的事实。
笛卡尔的公理化方法:笛卡尔的问题与亚里士多德一样,似乎不存在一致认可的、必定为真的起始点。“我活着,我存在”无法成为进行知识构建的基础。
波普尔的证伪主义:他认为没有哪种科学方法是明确的。认为证伪是科学一个关键元素,区分科学理论和非科学理论前提。认为科学强调的应该是尝试对理论进行反驳,而不是证实理论。
假设演绎法:从一个或一组假设(或宽泛为一个理论)可以演绎出一系列可经观察得来的结果,然后去验证这些观察结果是否确实可以通过观察得到。假设演绎法所关心的通常不是假设本身是如何形成的,而是对假设进行辩护或证实。
第6章 哲学插曲:归纳的问题和困惑
休谟(1711-1776)的归纳问题:与涉及未来的推论有关。隐含而又关键的前提——未来会继续像过去一样。关于未来的推理无法得到合乎逻辑的支撑,因此,这些推理也无法给出任何合乎逻辑的理由让人相信得出的结论。我们不可以从逻辑上为未来的推理提供依据。
亨佩尔(1905-1997)的乌鸦悖论:当试图找出概括性观点的逻辑结构时,困惑就产生了。观点一:所有类星体都距离地球十分遥远;观点二:所有距离地球不遥远的物体都不是类星体。观点一与观点二是等价的。观点一的任何支撑都应该同等地算作观点二的支撑,反之。eg手里一本书不是类星体,支撑观点二,等同地支撑观点一。
古德曼(1906-1998)的绿蓝问题:
第7章 可证伪性
你的态度决定了理论是否可证伪。人们的主要分歧点并不是一方或另一方在面对足够多证据时是否愿意放弃自己的理论,而是什么样的证据可以算是最有意义、最重要的证据。
第8章 工具主义和现实主义
工具主义和现实主义对待科学理论的态度,而不是理论本身的一个特性。
预测和解释是我们要求任何一个可接受的理论所应具备的最重要的特点。
工具主义(实用主义)者:一个可接受的理论可以给出预测和解释,至于这个理论是否反应或模拟现实世界,不是一个重要的考量。
现实主义者:一个可接受的理论必须不仅可以给出预测和解释,而且还要反映事物的真是情况。
第二部分 从亚里士多德世界观到牛顿世界观到转变
第9章 亚里士多德世界观中的宇宙结构
地球是宇宙中心。球形的。静止的。月亮和地球之间的区域(月下区),与月亮以外的区域饿(月上区),有显著差异。水星、金星、太阳、火星、木星、土星以及所谓的恒星球体,围着地球运动。
地心说最初的原因是以经验为基础的推理结果。
人们认为宇宙是有目的的,而且有本质存在。
目的论解释就是从为实现一个目标、目的或功能的角度而给出的解释。eg苹果树为了散播种子而结出苹果。亚里士多德世界观中,目的论解释被认为是合理的科学解释。土元素有一种向宇宙中心运动的天然趋势,是去实现一个特定目标——要位于宇宙中心。火向上燃烧,因为火元素的天然目标是向边缘移动,远离中心。以太的天然目标是沿圆形轨道运动。
机械论解释是一种不从目标、目的或功能的角度提出解释。eg结果的苹果树是比不结果的更容易繁殖。
本质论:天然存在的物体都被认为具有本质属性,物体才有了所展现出来的行为模式。因此组成某个物体的物质和这种物质的组合方式决定了物体将具有某种天然能力和天然趋势,可以将天然能力和天然趋势统称为本质属性。
目的论和本质论紧密相连。一个物体的本质属性就是一个目的论属性。
几乎2000年,这个宇宙观点都是标准观点,西方三大主要宗教,犹太教、基督教、伊斯兰教都做出了贡献。
第10章 托勒密《至大论》序言:地球是球形的、静止的,并且位于宇宙中心
a常识论据
b基于运动物体的论据
c基于恒星视差的论据:视差是由于观察者的运动(而非物体本身的运动)造成的物体位置明显偏移。恒星视差就是由于我们的运动而造成恒星位置的明显偏移。
第11章 天文学数据:经验事实
第12章 天文学数据:哲学性/概念性事实
亚里士多德认为神明是某种智慧的完美,更清晰的是,他的神明一点宗教意味都没有。后来的几个世纪中,亚里士多德以后,犹太教、伊斯兰教和基督教的哲学家和神学家多少把宗教与亚里士多德的观点进行了混合,亚里士多德非宗教的神明变成了几个宗教传统中的神。
第13章 托勒密体系
公元150年,托勒密发表科技性著作《至大论》。托勒密体系需要尊重相关事实。
本轮是解释行星逆行运动。
第14章 哥白尼体系
尼古拉·哥白尼(1473-1543),去世那一年出版了自己的日心说(太阳是整个宇宙中心)理论体系。也运用了本轮、均轮和偏心圆,不需要等距点。不再使用等距点。
哥白尼认为所有的恒星与宇宙中心的距离是相等的。宇宙模型必须尊重正圆事实和匀速运动事实。
以现实主义态度对待(至少地球是宇宙中心部分)
地球是与太阳距离排名第三的行星,火星第四,地球绕两圈,火星绕一圈。
金星和水星距离太阳不远;火星木星土星逆行运动都在与地球距离最近的时候,亮度也最大。
简单地说,新柏拉图主义就是一种“基督教化”的柏拉图哲学。太阳是柏拉图对至善的暗语,变成了“上帝”的代表。
以工具主义态度来对待哥白尼体系(解释预测OK,但不是事实的反映)
第15章 第谷体系
某种程度上是部分托勒密和部分哥白尼体系的混合体。
第谷·布拉赫(1545-1601),天文学家。
地球是静止的,宇宙中心,恒星球面同样被定义为宇宙边界。月亮和太阳围绕着地球运转,但行星运动的中心是太阳。
第16章 开普勒体系
约翰尼斯·开普勒(1571-1630),摒弃两个关键哲学性/概念性事实,即正圆事实和匀速运动事实。椭圆轨道和行星以变化的速度沿椭圆轨道围绕太阳运动,可以完美地解释火星的数据。没有使用本轮、均轮、偏心圆、等距点或其他概念。
开普勒行星运动第一定律:行星围绕太阳沿椭圆轨道运动,太阳占据椭圆轨道两个焦点之一地位置。
开普勒行星运动第二定律:如果以行星为起点画一条直线把太阳连接起来,这条直线在相等的时间内扫过的面积等同。
自古希腊时代起,人们就知道只存在5种正多面体:a正方体,6个面,每个面都是正方形。b正四面体,4个面,每个面都是等边三角形。c正八面体,有8个面,每个面都是等边三角形。d正十二面体,有12个面,每个面都是正五边形。e正二十面体,有20个面,每个面都是等边三角形。
开普勒读懂上帝,使用正多面体,晚年还加入了音乐结构。
第17章 伽利略和通过望远镜得到的证据
伽利略(1564-1642),于1609年开始望远镜进行天文学观察。是第一批将望远镜用于天文学观察的人之一,发现了有趣的新数据。即使有了望远镜,也没办法直接确定地心说和日心说观点哪个正确。地球围绕太阳运转最为直接的证据在20世纪90年代首次被观测到并记录在案的恒星视差。
a月球表面有山峰,亚里士多德世界观认为天空中的物体由以太组成,一半月上区,一半月下区。很大程度上表明亚里士多德世界观存在瑕疵。月球巨大岩实体可以围绕地球运动,也许地球也可以围绕太阳持续运动。
b通过往纸上投影的方式观察望远镜里的太阳,论证出太阳黑子是太阳表面本身就有的区域,而不是其他。月上区不像亚里士多德世界观认为那样完美区域,另一个瑕疵。
c观察到土星边缘有凸起,像把手或耳朵(半个世纪后,被假定成土星光环)。亚里士多德世界观认为月上区天体由以太组成,是正球体,但土星不是,月亮和太阳也不是。
d土星的四个卫星,没有围绕宇宙中心运转,与亚里士多德世界观相反。宇宙中的圆周运动并非都围绕唯一的中心,表明亚里士多德世界观不是完全正确。
e第一个发现金星相位的人。金星不仅会经历周期性的香味变化,而且它的大小也会根据所处相位发生变化。没有解决日心说和地心说之争。
第18章 亚里士多德世界观所面临问题的总结
第19章 新科学发展过程中的哲学性/概念性关联
尼古劳斯·冯·库斯(1401-1464)和乔达诺·布鲁诺(1548-1600)都不是科学家,他们认为宇宙无限大,其中有无限多恒星,唯有这样的宇宙才可以与无限伟大的上帝相称的观点都是以哲学和宗教为基础的。但他们的观点都没有得到广泛认可,布鲁诺因其观点遭到宗教裁判的迫害被烧死。
原子论更多的是一个形而上学的哲学性/概念性观点,而不是一个经验观点。
第20章 新科学和牛顿世界观概述
1687年,牛顿发表《自然哲学的数学原理》,汇集了177世纪新科学发展。新的观点拼图。牛顿科学由三大运动定律和万有引力定律组成。
牛顿第一运动定律(惯性定律):任何物体在不受任何外力作用下,总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态。
牛顿第二运动定律:物体运动的改变与其所受作用力成正比,而且与所受作用力在一条直线上。F=ma,物体所受作用力等于质量乘以加速度。
牛顿第三运动定律:对任何作用力,总会存在一个方向相反、大小相等的反作用力。
万有引力:任意两个物体之间相互吸引力。
亚里士多德世界观中,宇宙是一个比较小而舒适的空间,地球在宇宙的中心。宇宙充满了天然目标和目的,这是一个目的论、本质论的宇宙观。
新世界观,宇宙广阔,可能无限大,太阳只是太阳系中心,行星围绕太阳运转。宇宙现在还被认为像机器一样,物体不再为了实现某个目的或目标而运转。
重力:通常被认为是物体之间的吸引力。超距作用力(不接触就有力的作用),人们都认为不可能存在。所以重力被以工具主义态度来看待。
【补充:重力不等于地球对物体的引力,使物体之间加速靠近的趋势叫万有引力。由于地球吸引而使物体受到的力叫重力。物体在地球上所受地球对物体的万有引力等于物体所受重力和向心力的矢量和】
第21章 哲学插曲:什么是科学定律
通常我们所认为的科学定律,都只是近似地描述了物体的运转模式。而由科学定律所反映的世界更深层次的特点有可能被认为是自然定律。
通常将自然规律定义为“负责宇宙运转的宇宙基本特点”。
科学定律两个特点:通常认为,科学定律反映了宇宙某个基础且无例外的方面,反映事物应当具有的运转模式,而不仅是事物的某个偶然行为。另一个关键特点是科学定律反映了世界的客观(不依赖人类)特点。
潜在科学定律的无例外规律性与不是潜在的科学定理无例外规律性有什么区别:反事实条件句或反事实。反事实条件句都是“如果……那么……”反映的都是过去没有发生而且你也知道没有发生的事情。通常从某种意义上说科学定律不受反事实条件的影响,即使在多方面都发生了改变,通常也是真的。但反事实条件依赖语境(依赖人),破坏了科学定律的表面客观性。
其他条件不变句:其他的一切条件都相同。因为其他因素,事件干扰,使科学定律不能再适用其本该适用的情形。但其他条件不变句与反事实条件存在联系;列举所有可能的其他条件不变句也不可能,又取决于做出判断的人的利益,不符合具有客观性。
第22章 1700~1900年牛顿世界观的发展
化学:今天的化学基本上是一门定量学科;之前为定性科学。安托万·拉瓦锡(1743-1794),以天平作为主要实验工具,定量研究成为化学研究主流。约翰·道尔顿(1766-1844)构建原子理论,认为理解气体运动模式最好方法是把它们看作粒子因互斥力相互作用的结果。
构建为一个可用牛顿科学体系研究的世界,化学和物理不再是完全分离的学科,而是不同层级来研究世界的方法。
生物学:转变为现代生物学。生物活力论:有生命的物质和无生命的物质不同,使用无生命物体的规律并不一定适用有生命物体。观点是错误的。生物机械论是对的。
电磁理论:本杰明·富兰克林(1706-1790)证明闪电是电学现象,电现象和磁现象有联系。查尔斯·库伦(1736-1806)和迈克尔·法拉第(1791-1867)推动电和磁的进展。库伦发现磁和电的斥力和引力与两个物体之间的距离平方成反比(库仑定律)。法拉第发现磁场可以通过感应产生电流;定性描述“电、磁和光可能是同一潜在源头的不同形态”。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(1831-1879),提出电磁理论,发现光、电力和磁力现象背后基本数学方程式(麦克斯韦方程组)
开尔文勋爵所谈到的小乌云——待解决问题:a迈克尔逊-莫雷实验:涉及光速和光传播的方式,目的是找出直接证据,证明光传播的介质以太的存在,从一个点发射两道夹角90度的光,通过镜子反射,是两道光从两个方向反射回来,两道光传播的距离不相等应该有微小的时间差,但与预期相反,两道光总是在相同时间回到光源处。爱因斯坦相对论问世,这些问题才得以解决。
阿尔伯特·迈克尔逊(1852-1931)和爱德华·莫雷(1838-1923)。波是介质之间机械干涉的结果,而正是通过这种介质,波才是得以运动。eg水波,声波。没有基础介质,就没有波。为了与整体牛顿科学体系保持一致,任何波的运动都被认为是需要某种基础介质的机械干涉。光是波,光传播需要依赖某种介质。
b黑体辐射:黑体是物理学技术术语,指理想化的物体,可以吸收所有指向它的电磁辐射。理想化黑体在受热时应该对外进行辐射。但是,当仅观察波长较长的辐射时,所观察的辐射模式与预测模式十分相近,短波时,辐射模式与预测模式大相径庭。最终量子理论出现才解释了黑体辐射。
第三部分 科学及世界观的新近发展
第23章 狭义相对论——这章真的不好理解
阿尔伯特·爱因斯坦(1879-1955),于1905年发表了狭义相对论。该理论不能广泛适用于所有场合,仅适用于某些特定情况。1916年,发表广义相对论。
狭义相对论的基础是:a光速不变原理:在真空中,光速的测量值总是相同的。真空中光速接近300 000千米/秒。b相对性原理(粗略版):不存在一个优先视角来判定谁在运动而谁是静止的。
光速不变原理和相对性原理会共同造成以下结果:
a时间膨胀。对运动的人和物体来说,时间流逝变得更慢。时间流逝按以下比率变慢(洛伦茨-菲茨杰拉德方程式):√1-(v/c)2
b长度收缩:对运动的人和物体来说,长度会收缩,长度收缩比率:√1-(v/c)2 同上。同方向运动。在垂直方向上,不存在空间缩减。
c同时性的相对性:从一个正在运动的视角来看是同时发生的事件,而从一个静止的视角来看就不是同时发生的,快的时间方程式简化:lv/c2,l代表移动观察点两个始终之间距离。
赫尔曼·闵可夫斯基(1864-1909),发现“时空间隔”是狭义相对论的一个不变量属性。从某种意义上说,时空间隔是事件之间的距离。一般来睡哦,任意事件之间的时空间隔在相对于彼此进行匀速直线运动的不同坐标系中都是相同的。
第24章 广义相对论
广义相对论同样以两个基本原理:a广义协变性原理:在任何参考系中,任何物理定律都是相同的;b等效原理:加速度产生的效果和重力产生的效果是无法进行区分的。预测:
a水星近日点应该每年都有进动,恰好是人们实际观察到的水星近日点移动量——本人不太明白。
b远离强引力场的光线,波长应向光谱红色端偏移,称为“引力红移”。
c时空曲率:空间和时间通常就是磁力线的背景。大质量物体形成时空曲率。恒星光线在太阳这样大的物体附近发生弯折。如果一个物体沿“切片”表面运动,两点之间的最短路径将是一条曲线(最短路径被成为“测地线”)。
d引力波:2015年年底,记录到了一列引力波,发源于10亿年前,两个相距10亿光年的巨大黑洞碰撞而产生。
在广义相对论中,像火星和太阳这样的物体之间不存在吸引“力”,火星只是沿直线运动,由于空间曲率,这条直线变成了围绕太阳的一个椭圆形。在牛顿科学中,重力通常被认为是物体间吸引力,因“超距作用”无法采用现实主义,而选择用工具主义态度对待重力。
第25章 哲学插曲:科学理论是不可通约的吗
不可通约:无法用新的理论来准确体现或者精确表达或理解旧的理论。
术语不可通约、方法论不可通约、不同世界不可通约。
托马斯·库恩(1922-1996),一个体系中的术语总的来说只能通过借助于这一体系中的其他术语来理解。当一个主流科学体系替代另一个体系时,不可通约指的是新科学体系中的方法论通常被替代的科学体系的方法论有着显著不同。
接受了不可通约性,就意味着对理论的选择并不是一个理性的过程。任何有意义的科学进步都是不存在的。
第26章 量子理论导论:量子理论多基本经验事实和数学方法
量子理论是一个以数学为基础多理论。量子理论数学是用来预言和解释涉及量子实体的现象的,至今非常成功。
量子实体的实验结果与“量子实体是波”的观点最为一致。
粒子是离散的物体,在空间和时间中都有定义好是位置。波更多地看作一种现象,而不是离散的物体。
电子和光子的量子实体实验,量子实体被探测就是粒子,没有被探测就是波的现象。当量子实体被探测时,把它们当作粒子,没有被探测时,把它们当作波。
量子理论实际上是一种“波”数学,应与“粒子”数学相区别。
量子理论数学给出的通常是概率性预言,而不是确定的预言。
我们通常会有一致的诠释,恰恰掩盖了我们其实是在进行诠释的事实。我们在对数学进行诠释,从同样的角度进行诠释。使用数学来对我们这个世界进行预言需要我们把数学诠释成关于这个世界的数学。把数学与这个世界“进行关联”的方式并不是数学内在的固有属性,而是对数学的一种诠释。eg对如何把和下落的保龄球有关对数学与这个世界联系起来,存在广泛共识。但如何把量子理论涉及的数学与这个世界联系起来,不存在共识。
a描述的是一个量子系统是由这个系统的波函数所代表的。b描述的是波群组与不同种类的测量相关联。c描述的是群组中可以组合在一起产生波函数的成员,让我们可以对与这个波群组相关联的测量结果进行预测。
在量子理论中,一个系统随时间的演变,可以用薛定谔方程来预测。
第27章 现实问题:测量难题和量子理论的诠释
在物理特性方面,认为是测量装置的物体,与不是测量设备的物体相比,并没有任何实质性差异。在牛顿科学体系以及其他基础科学的学科中,测量并没有带来什么特别难题,不管测量与否,这个系统的演变不会有任何不同。在面对标准量子理论时,各方面的测量,似乎没有一种客观而又独立的方法来区分测量设备和非测量设备,以及一个物体是不是测量设备似乎取决于我们自身。
叠加态:处于叠加态的光子,,所表达的就是光子处于某个由两个不同的态组合而形成的态中。光子枪,向一块部分镀了水银膜的镜子,发出光子,其中一半被反射回来,另一半通过分束器。组合叠加态的其中一个态所表达的是光子为向探测器A运动的一列波,另外一个态所表达的则是光子为向探测器B运动的一列波。
投影假设:在我们观察某个测量结果时,实际上是把我们观察到的测量结果,不管是什么,都插入了数学中。我们就终止了一个由薛定谔方程式所表达的持续演变的叠加态。我们插入了一个波函数,来表达我们所观察到的测量结果。使用投影假设终止了叠加态,这通常被称为“波函数坍塌”(波包收缩),意味着波函数的坍缩被看成了一个实实在在的物理过程,微观侧面发生的一个过程。
在标准量子理论中,测量会让系统发生变化。测量改变了系统的数学表达(牛顿物理学里,测量不会影响对系统的表达)。如果用现实主义态度来对待,测量改变了世界原本的样子,不测量的世界是另外一个样子。
思想实验,全程进行思考而不需要实际操作的实验。
薛定谔的猫:思想实验。密封盒子里一只猫,还有一个微弱放射源,放射源1小时内释放出一个放射性粒子的概率是50%,如果放射源释放了一个放射性粒子,这个粒子就会触发一个探测器,探测器出发之后会打开一瓶毒药,毒死猫。目的是把微观层面怪异之处与宏观层面的事件联系起来,表面量子理论数学中特别常见的叠加态也存在怪异之处。薛定谔方程式所表达的处于叠加态的情况会涉及两个态:一个是猫死了,一个是没死。直到我们决定打开盒子进行观察时,标准量子数学所表达的是,猫处于生与死的叠加态中。
测量难题:a主观性与客观性。工具主义态度看待,测量不是一个主要问题,给出准确预言方面非常出色。但现实主义态度看待遇到难题,我们的兴趣和测量似乎可以对这个世界产生影响。
b测量情景与非测量情景。标准量子理论需要对测量过程和非测量过程进行区分。在非测量情景中,我们应该用薛定谔方程式,在测量情景中,不再使用薛定谔方程式,而是调用坍缩假设。但是,我们认为测量装置的物体与认为是非测量装置的物体之间没有根本性的物理差异,同样认为测量过程的情景和认为是非测量过程的情景之间,也不存在根本性的物理差异。因此我们无法通过原则性的客观方法找出标准量子理论数学所依赖的差异,也就是测量情景和非测量情景之间的差异。
c系统与设备:宏观层面和微观侧面。在涉及量子实体的系统和用来对这一系统进行测量的装置之间存在一个差异。在标准量子理论中,系统被表达为按照薛定谔方程式进行演变,而测量装置被认为按照经典牛顿科学体系模式进行演变。
d普遍性。爱因斯坦狭义相对论缺点之一适用范围只满足特定条件(必须涉及匀速直线运动)。后花了10年时间,发展出适用一切情境的广义相对论。标准量子理论核心地位薛定谔方程式并不是一个可以普遍适用的定律,只适用于特定情境,比如非测量情境、微观层面情境或涉及系统的情境,与之相对的则是用于测量这一系统的设备。标准量子理论放弃了“定律应该普遍适用”的特点。
坍缩诠释:通常所说的哥本哈根诠释(或标准诠释)变形而来。并不存在一个单一的、可以称得上是标准诠释或哥本哈根诠释的诠释。这类诠释的支持者在一个总的命题上意见统一,但涉及其他命题就存在不容小觑的差异。eg一个小盒子分成A和B两部分,里面有一个电子,假设标准量子理论数学告诉我们,如果对电子位置进行测量,我们在A部分探测到电子的概率是50%,在B部分探测到的电子概率也是50%。若问标准诠释支持者,测量前电子位置在哪,动量多少,自旋如何?通常认为没有答案。根据标准诠释,不存在需要知道的情况。这些属性在测量前不存在,不存在一个由在测量前就有确定属性的物体所组成的深层次的独立现实。进行测量的过程才让被测量的属性确定了下来。除了少数几个静态属性,量子实体的其余属性在测量之前都不存在。测量行为改变世界的面貌,测量前一种面貌,测量之后,世界变成另一种面貌。什么才算量子实体,举例使用过电子、光子、放射衰变释放出的粒子,以及类似的物质,但似乎不存在一种原则性客观方法把包括电子、光子及类似物体在内微观层面实体,于包括你我、岩石、椅子和其他普通物体在宏观层面实体区分开来,因此完全也可指一切物体。似乎不存在一种原则性客观方法来区分测量过程和非测量过程。标准诠释的各个流派都认为当测量发生时,“波函数的坍缩”使物体在测量之前并不确定的属性确定了下来。“现实依赖测量”对不同流派分为温和、适度、激进。
a现实依赖于测量温和派观点:“量子实体”只是最基本的粒子,只有宇宙最基本的“物质”。而且只有这个最基本的层面是在测量发生之前不存在确定属性的,处于叠加态,任何一种测量都足以使波函数坍缩。他们认为,存在一个独立于测量的现实,这个现实很大程度上是不确定的现实。他们认为,存在一个由电子、光子等类似物质组成的现实,但这个现实在很大程度是个不确定的现实。电子不在这里也不在那里,既没有这种自旋也没有那种自旋,这种状态一直持续到对这些属性进行测量时。只有在测量时,这些实体才能获得确定的属性。量子的怪异之处仅处于微观层面。薛定谔的猫,首次测量发生在光子抵达探测器的时候,波函数发生坍缩,叠加态结束。
b现实依赖于测量的适度派观点:几乎任何物体都可以处于叠加态。量子怪异之处上升到宏观层面。光子探测器在猫进入生与死叠加态之前就是波函数发生坍缩。
c现实依赖于测量(现实依赖于意识)的激进派观点:量子实体同适度派,任何物体都算是量子实体。但“什么算是测量”,只有涉及人类意识的过程才是真正的测量。只有当我们打开盒子看探测器和猫的时候,第一次测量才发生。只有出现人类的观察行为,波函数才发生坍缩。任何情境在未观察时都处于叠加态。简言之,整个世界在未经人类观察时,并不存在确定的状态,未经观察的物体并不是确定地存在某个特定位置。
无坍缩诠释:这些诠释都不认为测量发挥了任何不寻常的作用。避免了测量难题。通过引入别的因素来避免测量难题的奇怪之处。
a爱因斯坦实在论:常识性诠释,该论已经无法适用于某些新发现的量子事实,这个诠释已经站不住脚了。爱因斯坦的解读是一种隐变量诠释。爱因斯坦说,该数学没有考虑“现实因素”,用“隐变量”补全现有数学已知的不完整之处额外因素,来对标准量子理论数学进行补充。爱爱因斯坦主要回应标准诠释(哥本哈根诠释)的支持者。爱因斯坦认为,量子实体在被测量之前具有确定的属性。现实肯定是一个确定的现实,不管是否被测量,都具有确定的属性。不可能存在叠加态,也不存在波函数坍缩。应该采用新理论取代量子理论。
b玻姆实在论:大卫·玻姆(1917-1992)对量子理论数学进行修正。玻姆的数学和对这个数学的诠释就是要探讨第二种隐变量诠释。物理学家路易·德布罗意(1892-1987)也提过类似观点,也被称为德布罗意-玻姆理论。玻姆数学与标准量子理论数学似乎做出了相同预测,两种方法之间并不存在可实际测得的差异。玻姆诠释所展示的潜在现实与量子标准诠释,是不同的。玻姆认为量子实体是粒子,每个量子实体在任意给定的时间点具有十分确定的位置,而且会受到“引导波”(导频波)的影响。薛定谔的猫实验,光子在测量之前有确定的位置,是探测器A还是探测器B探测到了光子,仅会存在一个事实,打开盒子的时候才会知道。根据玻姆诠释,不存在处于生死叠加态的猫,存在的是我们不知道到底出现了哪种情况。
c多世界诠释:波函数从来没有坍缩,整个情境继续按照薛定谔方程式来随时间演变。用现实主义态度来看待——整个情境涉及一个越来越复杂的叠加态。你我是叠加态中的一个态的组成。当我们看到死猫时,与我们相对应的存在看到的则是一只活猫。
不存在对哪个诠释是正确的共识,甚至哪个诠释更可取都没有共识,喜欢哪个诠释,说到底基本上是个审美问题,也就是什么样的古怪特性更得你心。
第28章 量子理论与定域性:EPR、贝尔定理和阿斯派克特实验
极化是光子的一个属性,极化探测器可以探测到极化属性。没人知道这是什么。
EPR思想实验:爱因斯坦+波多尔斯基+罗森。假设极化探测器可以探测到任何出现上“极化”或下“极化”的光子,对单个光子来说,上极化概率50%,下极化概率50%。发射一对“孪生状态”的光子,对它们进行极化测量,极化探测器显示结果都为上极化或都为下极化(因为是孪生,所以被测量为相同的极化)。他们仨试图让我们相信量子理论是不完整的,没有包含“现实因素”。
论证如下:(1)光子一定是先具有一个确定的极化,然后才被测量为具有这个极化属性。但是(2)量子理论所表达的,并不是两个光子在被测量为具有某个极化属性前就已经确定具有该极化属性。
定域性假设:发生在一个地点的事件,不能对发生在另一地点的事情产生影响,除非两个地点之间存在某种联系或通信。
A处光子极化与B处光子极化之间完美的相互联系只能用“光子在被探测前就具有了确定的极化”来解释,可以推理得到论述(1)。
贝尔定理(贝尔不等式):数学验证。贝尔发现基于量子理论的预言与基于定域性假设的预言不一致,两者不能同时正确。
阿斯派克特实验:将贝尔实验付诸实践。实验结果表明,在定域性假设和量子理论之间的冲突中,量子理论胜出。阿斯派克特实验结果是量子事实。发生在一个地点的事件可以影响到发生在超距处的其他事件。似乎都指向了一种比光速还快的因果影响。爱因斯坦定域性和因果定域性似乎也是错误的。但并没能让我们有理由认为信息域是不正确的。
a爱因斯坦定域性:发生在一个地点的事件无法影响发生在超距处的另一个事件。
b因果定域性:发生在一个地点的事件不能对发生在超距处的另一个事件产生因果影响。
c信息定域性:发生在一个地点的事件,不能用来向一个在远处的地点传递信息。
实验结果表明某种影响存在,但没有任何理由认为可以利用这个影响在超距处之间传递信息,“这种影响是什么样的影响”,最终我们可以给出的精确答案是:连最模糊的答案都没有。
第29章 演化论概述
查尔斯·达尔文(1809-1882)+阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士(1823-1913)。
演化是指随着时间的推移物种的变化。自然选择带来种群中的根本变化或者带来新物种。演化两个核心因素:a可遗传的变异。b差分适合度。演化现在通常被理解为一个种群中等位基因频繁随时间所发生的变化。演化因素现在包括:
a等位基因,只是特定基因的变体。eg负责人类血型的单一基因有多个变体,被称为该基因的等位基因。如果一个特定的基因变体(一个等位基因),随时间推移而在一个种群中变得更加常见或者更为少见,那么演化(随时间推移而变化)就发生了。
b基因流动(基因迁移)等位基因从一个种群流动到了另一个种群。一般来说,基因流动指的是由于新基因变体的进入而使种群的遗传结构发生变化的过程。
c基因突变:内在过程+外部因素都会造成突变。
d基因漂变:基因随代遗传的随机性造成的。漂变会使一个种群中的等位基因出现的频率随时间而变化,漂变会使种群发生演化。种群越大,样本量越大,可能导致的漂变过程就越小,反之。涉及特别小样本量的瓶颈效应(特别小的样本会造成特别严重的漂变,后续代际体现出的特征频率(等位基因频率)很有可能与种群最初的频率有相当大的差异)和奠基者效应(eg一个种群中的一小部分个体迁徙到了另外一个地方,不再与原有种群中的其他个体交配繁殖)。
种群不是为了生存而适应;而是适应了才生存下来。一个种群的演化变化并不是有一个目的论的,目标导向的过程而造成的,相反,演化本质上是一个毫无目标的,机械论的过程。
第30章 对演化的思考
过程哲学:认为过程比物质实体更为基础。过程被看作现实的根本组成部分,物质实体被看作伴随过程和时间产生的结果。
自然主义谬误:一个简单的“实然”表述,就是对事实的陈述,完全是描述性质的陈述,无法仅凭自身就合理地论证出任何关于人们该如何行事的结论。当从一个“实然”表述演绎推理出一个“应然”表述时,据说自然主义谬误就会发生。
惩罚行为是一种利他主义行为,因为这个行为会让小组整体获益,而让这个惩罚行为的实施者遭受损失。
生命如是之观,何等壮丽恢宏。——达尔文
第31章 世界观:总结思考