【心笔散漫】神说要有光就有光 - 兼谈校园惊艳史

来源: 老键 2018-05-03 22:44:57 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (9922 bytes)
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(作曲家倪欏: 弹了平均律有感,献给伟大的巴赫,虽然他老人家不一定喜欢。。。)

惊艳,是指某种事物出其不意进入视野,并一下触及你视觉中枢的美学阈值,让你刹那间领略或顿悟其美。世上美物很多,大部分无需让你猝不及防,毕竟人之间的美学欣赏大同小异,大部分人都说其美了,即使你尚未亲见,也便欣然接受,当真见到了,觉得也就不负其名吧。

但有些大美,并不如此显然,有的瞬息万变,阴差阳错间你被调校到某种滤波状态,稀松平常的事物间,美忽然喷涌而出,扑面而来。年少时在田间,躺在松软的稻草堆上,望着婀娜而起的云团,忽然惊为天人。这样彼时彼境与斯心斯情互动调制而来的美,我不敢肯定其存在是否真实,但至少,我们能如此而获美的感觉,这本身也算是一种大美了,毕竟,艺术由此而来,灵感由此而来,人文世界的向美演化由此而来。

但还有另一种并不常显现的大美,倒是真实地存在着。她也许要通过上述的情况来触动而惊艳,但一旦惊艳了,就不会稍纵即逝,而是与你大脑皮质中部的美感中心建立了永久的共鸣。

学生时代曾有两次惊艳,一次是在某个初夏,一夜间玉兰绽放,早上起来,似乎校园中每个女生都换上了美丽的裙裾,午间在熙熙攘攘的食堂,忽见邻班一位女生,穿着素色连衣裙,白色凉鞋,稳稳走过,她是学霸不假,但从未将其往女神那边想,但在那刻,视野除了她忽然几乎没了别人。不知是我懵懂之心初开,还是她含苞之美初放,但她的美倒是越来越真实,因为以后,她一直被年级最帅最得意的男生追着。

毕业前最后一夜,大家一群群坐在操场乘凉聊天互道惜别,我和同班几位同学聊得起劲,她忽然悄悄坐到了我们边上,我们几位好友却只顾自己高谈阔论,直到深夜月上柳梢,大家各回寝室。以后想来,我真是又蠢又傻到家了。

另一次惊艳则是初学麦克斯韦尔电磁方程。记得那天教室特别明亮,她端坐在前两排右两排的座位上,而麦克斯韦尔方程被教授书写在前四排右一排再越过一个讲台的黑板上。即使惊艳之后的整个学期,每每进行麦克斯韦尔方程演算,都会有一种畅快淋漓的感觉。

物理公式无非三类,一类经验公式,从实验中积淀出来,往往叠床架屋,鲜有美感;一类是对自然规律的提纲携领,如牛顿第二定律,欧姆定律,要说美吧,也可以,要说惊艳却无从谈起。有人说爱因斯坦的质能方程惊艳,我觉得初识之下更多的是惊撼,你被当胸猛捣一拳,或许各种感觉都有,唯独不会大呼美哉;还有一类是结合数学理论推导而来的物理方程,自带几分数学的严谨“美”,但那大多只是理性演绎挤压出来的美感。

但是,麦克斯韦尔电磁方程却与众不同。

要推选物质世界最美妙神奇的两样东西,其一自然是水,生命和文明的基本元素,其二我想便是电磁波了,它涵盖了无线电波,微波,红外线,种种可见光,紫外线,到X光,和伽玛射线等种种放射现象。

众所周知,电磁是电和磁两者互动而来的一种能量,以场的形式存在,以波的形式传导。它在空间的传播,是电和磁以正交的波浪形式推进,电场和磁场互为依托,交相感应,此消彼长, 轮次递进。 如此复杂的运动,竟然是靠下面这组形式及其简单的方程来掌控的:

公式1 要求电磁波的电场发散,
公式2 要求电磁波磁场封闭,
公式3 要求电场环绕变化的磁场,
公式4 要求磁场环绕变化的电场.

想来任何人,既使不懂其含义,都能感受这组方程的形式美, 对称, 和谐,整齐, 简洁。就是这样一组方程,不仅给人类带来光明,给世界带来温暖,更赋予现代文明以不可或缺的通讯,生活,医疗和导航的种种便利,这难道不令人啧啧称奇。而今天,人类正一边拥抱一个太阳光带来的可再生能源时代(即使风能,也是太阳光能在地球表面不匀分布带来的),一边正进入一个固体光源应用的技术时代,从发光两极管(LED)照明到呼之欲出的Li-Fi(用LED取代WIFI通讯)。电磁波,正以其更可见的形式 - 光,推动人类文明更上一层楼。
 
电动力学之父麦克斯韦尔(James Clerk Maxwell 1831到1879)比牛顿晚一百来年,他在前人(包括高斯,法拉第,安培等)基础上建立的电磁方程,完备地描述了电磁场,统一了电力,磁力和光这三样伟大造物,从而奠定了他在经典力学中与牛顿各坐半壁江山的王者地位:麦氏方程掌控能量场,牛顿定律掌控物质。由麦氏方程导出的真空光速和对波动性的描述,也帮助了以后相对论和量子力学的建立;更具意义的是这统一的电磁力一跃跻身于构筑宇宙的四大基本力之中(其他三个基本力包括引力,原子的强相互作用力和弱相互作用力)。
 
要提一下的是, 这组方程的极简主义现代美,得归功于那个倒三角 – 空间微分算子的魔力,但即使不用算子,麦氏方程在偏微分形式下的展开和求导,尽管可以洋洋洒洒,却恢复了其更加因袭的古典美(这里书写不便,但在任何一本电动力学教本中都可领略到)。看着那一行行起起伏伏的优美符号组合,似乎一走眼,它们就会滑进巴赫《平均律》的线谱中。这两者真的有些相得益彰,《平均律》被誉为音乐的旧约,那么想象一下,当一组波光粼粼的乐章,乘着一组波光粼粼的方程,从虚空通过电台或网络的电波而来,你在聆听之际,会不会赞叹宇宙之妙,神工造化之奇呢。

“起初,神创造天地
地是空虚混沌,渊面黑暗,神的灵运行在水面上。
神说,要有光,就有了光。“

光是《创世纪》中开天辟地的首创之物,神潇洒一说,就无中生有了。但麻烦的是,这光似乎成了无源之物,因为按照《创世纪》,直到第四日,神才造出日月星辰等大小光源。没有光源如何来光?圣经犯了逻辑错误?如真这样,这么明显低级的错误几千年来没有人发现并加以纠正岂不是怪事?要知道当初教会对选经入典可是毫不含糊和手软的。除非,此光非彼光,首创之光并不是日月星辰的光。那是什么?

不妨看一组如下的科学事实:

其一:宇宙大爆炸那刻充满辐射。混沌初开,物质还没有分离出来,除了电磁辐射宇宙什么都没有。但是,“辐射”是近代才出现的科学词汇,对远古的人类,还有什么比“光”对辐射更贴近的描述呢?

其二:宇宙四大基本力- 原子强相互作用力,弱相互作用力,电磁力(包括光),和引力,世上万物皆拜这四大基本力构建所成。同样,这些基本力概念不可能为先祖所理解,用光(电磁波)来代表所有的基本力,显然是不二之选。

其三:物质和能量的等价原理,正是靠光速的联姻,才有了爱因斯坦的脍炙人口的质能互换公式E=MC^2。

其四:时间和空间的统一原理,也正是通过光速,爱因斯坦从狭义相对论推出,时间和空间实际是一个统一体。

其五:基本粒子的波粒二象性,量子最匪夷所思的波粒二象性的最普通实验现象,就是光子的双缝干涉。

这些几乎囊括了物质最深层潜律的事物,都和“光”有不解之缘。所以我们不妨推断,《创世纪》中首创之物“光”实际就是指自然律,要不,还有更好的代表对象吗?所以,当神说“要有光”,就有了光,其实是说“要有自然律”,就有了自然律。之后,才有按自然律诞生的世上万物。

这真有点叹为观止了,如果《创世纪》纯粹源于人类,几千年前的人类会有这样对自然律的认知吗?那么再回看一下麦克斯韦尔那组电磁和光的方程,当初惊艳得真还有些道理。

当然毕业后我很少回去参加校友聚会,一个原因,是为了留下当初第一惊艳的感觉。
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所有跟帖: 

惊艳过程也需老麦方程描述 :-) -papyrus- 给 papyrus 发送悄悄话 (233 bytes) () 05/04/2018 postreply 10:56:47

啊,收你启发,把标题改动了下,更合适 -老键- 给 老键 发送悄悄话 老键 的博客首页 (0 bytes) () 05/04/2018 postreply 12:54:42

没想到网上真还有这样的汗衫卖 -老键- 给 老键 发送悄悄话 老键 的博客首页 (87 bytes) () 05/04/2018 postreply 15:15:13

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