量子江湖风雨录 1===凯文西

缘起：

上次写了《年轻的科学，古老的文化》引言，本来准备下来就写关于中国文化的思考，然而事情却有了一些变化。

原以为科学昌明的今天，大家对科学的了解应该比较多了，但后来我惊讶的发现事实并不是这样。这源自于我的那篇小文被意外地转出了豆腐庄，被贴在了一个高知云集的论坛，而引起了一场不大不小的骚动。我在那篇小文中简短地述说了精神意识在量子力学研究中的出现，因果律和客观实在在量子力学研究中受到的冲击，这使得有些同学不舒服，个别同学则非常愤怒，而个同学还是学物理的，并在学校里给学生讲授物理。他或者他们好象不知道这些问题在80年前就在量子物理的争论中被提了出来，是正宗的哥本哈根的观点解释或者推论。

这就使我想到了，现在仍需要科普，特别是量子力学这门革命性的深刻科学。但要写一个关于量子力学革命的深入浅出的科普不容易，因为它提出的思想太颠覆我们的传统思维。我们显然需要一个简单易懂的量子革命发展史，但要写却比较困难，虽然我们有不少的科普著作论述量子力学的思想。倒是有一本书《上帝掷骰子吗？》把量子革命写的很好，不过那是一本巨著，我想可能大家没有那么多的时间和兴趣去啃它。这里正好我有兴趣，我便按照这本书的脉络，把量子革命怎样发展的故事介绍给大家，希望能在数篇文章的篇幅内让大家能够领略量子革命的精髓，算对我前面那篇小文的补充和辩护。

好，言归正传。
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量子江湖风雨录 (1)

0。

就象江湖上那经典的一幕，历经三百多年风霜雪剑的恩怨情仇，一个超级的武林门派傲然出世。这个门派汇集了无数身经百战的超一流好手，群英汇萃，气象不凡，所向披靡。它最后终于一统江山，名震江湖，成为唯一的超级霸主。任何其它的个人或者势力在这个超级霸主面前都显得那么的脆弱，那么的不堪一击，也更凸显出这个超级霸主的威严、辉煌与骄傲。

这个超级霸主，不是别人，就是19世纪末的物理学大厦，金碧辉煌、雄伟壮观、不可一世，以惟我独尊的气派统治着物理学界。

那时，牛顿力学控制着天上的行星和地上的石头；波动理论在光学领域独霸一方，后来又被新的电磁理论扩大到整个电磁世界；热力学三大定律也亦基本建立；分子运动论和统计热力学也在一帮天才的努力下获得成功。而最重要的是，这一切理论都是相互包容的，彼此没有任何冲突和矛盾，最终形成了一个庞大的经典物理学大同盟。

这时，最能表达物理学骄傲的应该是拉普拉斯的那句著名语录，就是在1799年他的著作《天体力学》发表后，拿破仑问拉普拉斯：“在您宇宙体系的大作中，为什么没有提宇宙的创造者？”而拉普拉斯的回答是：“陛下，我不需要上帝这个假设。”因为在拉普拉斯眼力，他的理论是那样的完美，以至于在某一时刻，只要给定宇宙所有粒子的初始条件，人们就可以把宇宙的过去、现在和将来都清楚地用方程描述出来，展现在世人的面前。

在经典物理学的大厦里，因果律支配着一切，一个与精神意识无关的客观实在不以任何精神意志为转移地存在着，而在物理学家的眼里，19世纪末的物理定律已足以完整地描述这个客观世界。科学界普遍认为，物理学到达了她辉煌的终点，不再会出现新的惊喜，而伟大的科学家开尔文勋爵甚至说：“物理学的未来，将只有在小数点第六位后面去寻找”。

一片歌舞升平，一片喜气洋洋，物理学界一片金色辉煌。但是，人们不禁要问, 真的是那样吗？

当然不是那样，后来物理学的发展无情地摧毁了这种理性的傲慢。在人们还没有来得及充分享受那个物理学大厦的辉煌的时候, 20世纪初，两场摧枯拉朽的革命在物理学的领域里粹然而至，不可思议。第一场革命改变了人们传统的绝对时空观念, 那就是爱因斯坦的相对论, 而第二场革命就是由以玻尔为领袖的哥本哈根学派创立的量子力学，直接冲击着经典物理学赖以为基础的因果律和不以精神意识为转移的客观物理实在性。

作为对传统的反叛，爱因斯坛的相对论一出现就震动了整个学术界，他的反叛理论那么的不可思议，那么的革命，令整个学术界都目瞪口呆，难以接受。然而在理论和实验面前，学术界不得不接受了他的相对论，尽管不那么令人舒服。

然而，量子力学的反叛却远远超过了爱因斯坦的相对论。如果说相对论使得经典物理学大厦发生剧烈的震动和摇晃的话，那么量子力学则是从根本上要摧毁经典物理学的辉煌。也正因为如此，量子力学的出现才引起了物理学界的世界大战。

当量子力学刚出现的时候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的爱因斯坦，爱因斯坦为量子力学的初期发展做出了不可磨灭的贡献。然而，随着量子力学的理论向纵深发展，她所表现出来的反叛令爱因斯坦也深为震惊，终于使得爱因斯坦走向了量子力学的反面，成为反对量子力学阵营的精神领袖。

那么，量子力学是怎样出现和发展的？她又是怎样反叛经典物理学的？何以能引起世界如此的震撼？

那就让我们大概地领略一下量子力学的诡秘与迷茫，神奇与沮丧，以及成就与混乱。大家一定要记住创立量子力学的哥本哈根学派的精神领袖波尔的一句名言：

“假如一个人不为量子论感到困惑的话，那他就是没有明白量子力学。”

1。

上面说到，19世纪末，宏伟壮观的经典物理学大厦落成，金碧辉煌，天空一片湛蓝，这使得物理学的大厦更加光彩夺目。然而，不知何时，却有两朵小小的乌云在不经意间，慢慢地出现在了瓦蓝的天边。因为人们还沉浸于刚刚落成的经典物理学大厦，所以没有太多的人注意这两片小小的乌云。

然而，这两朵乌云却被德高望重的物理学家开尔文注意到了，那年他76岁，是1900年的4月27日，他发表了著名的演讲《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》。他白发苍苍，以这句话开头：　“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了”。

其实，这两夺乌云在当时看来并不起眼，是物理学中在19世纪末遇到的难以理解的两个问题。

一个是物理学家迈克尔逊和莫雷心血来潮，于1886年安排了更精确的实验，想测量“以太”相对于地球的相对速度，而这个以太当时被认为是一个绝对静止的参考系，地球穿过以太运动。他们的设想是，地球在以太中运动，如果在不同的运动方向上测量两束光在以太中的速度，从它们的差别中就可算出以太相对与地球的速度。

大家没有必要去考虑他们到底是怎么计算的，而关键是当他们完成了多次的实验后，他们惊异的发现，以太似乎对穿越于其中的光线速度毫无影响。他们认为这是一个“失败的实验”，因为这个实验似乎在否定以太作为绝对静止参照系的存在，而以太这个绝对静止的参照系是经典时空观在经典物理学的一个基石，谁吃了熊心豹子胆敢动这个基石？

第二朵乌云来自黑体的辐射问题。19世纪末，人们开始对黑体辐射发生了浓厚的兴趣，发现黑体辐射的能量与温度有明确的函数关系。但究竟这个关系在理论上应该是什么呢？

德国帝国技术研究所的物理学家维恩从从经典热力学的思想出发，假设黑体辐射是由一些服从麦克斯韦速率分布的分子发射出来的，然后通过推演在1893年提出了一个辐射能量与温度的分布公式。但这个公式却只在短波范围内与实验数据吻合很好，在长波范围就出现很大偏差。

后来英国的物理学家瑞利和意大利物理学家金斯共同努力从类波的角度出发推导出了另外一个公式，计算黑体辐射的公式。遗憾的是，这个公式与维恩的公式正好相反，只在长波范围内与实验数据吻合很好，在短波范围会出现很大偏差。

大家可以不理会这朵乌云具体是什么，只要知道物理学家从经典物理学里推导出了两个公式来描述同一物理现象 – 黑体辐射，一个从经典粒子的角度出发去推导，另一个从类波的角度去推导，得到的公式只分别适用于短波或者长波，不能通用，很难解决。这就是个问题，说明经典物理学缺了些什么。

尽管这两朵乌云令人百思不解，但由于它们不合时宜地出现在了经典物理学辉煌大厦的落成之时，物理学界还是充满了乐观，认为必定能在当时已有的理论框架内得以解决，不必担心。

然而，令人料想不到的是，正是这出现在19世纪末的两朵不起眼的乌云，在短短20多年的时间内，先是在经典物理学大厦上空形成了满天乌云，继而电闪雷鸣，很快便刮起了狂风暴雨，将经典物理学的宏伟大厦连根拔起，摔得七零八落，同时也使得理论物理学走进了迷宫，至今没有完全突围出来。

第一朵乌云导致了相对论的诞生，把人们拉入了时空物质相互纠缠的玄妙世界，迫使我们思考从没有时间、没有空间、没有物质的状况怎样幻化出时间、空间和物质，并形成我们所处的这个丰富多彩的的世界，当然还包括我们人类的生命和精神意识。

第二朵乌云导致了量子力学的诞生，由哥本哈根学派创立，在他们的解释里，它冲击我们原有的因果律，否定我们身外存在一个客观的物理实在，在其推论中更将精神意识引入了物理学的领域里面来。这个理论倔强地与相对论发生冲突，倔强地与很多其它解释争夺在物理学中的霸主地位。

限于篇幅，我们不去关注第一朵乌云，就让我们只关注第二朵乌云吧，看它怎样演变成了满天乌云，怎样演变成了狂风暴雨，怎样冲击经典物理学的根基。

2。

对大学物理有些概念的人肯定都会记得大名鼎鼎的普朗克。普朗克当时是德国柏林大学(柏林一所大学？)的物理学教授，他对黑体辐射问题发生了兴趣，他想一举解决这个难题。虽然他当时只知道维恩的公式(适合短波)，但他也知道黑体辐射在长波时的关系，虽然他不知道瑞利-金斯公式。

然而，经过了六年的艰苦努力，他没有成功，这很令他沮丧。那时他已从朋友那儿知道了在长波时的瑞利-金斯公式。后来普朗克想，要不我先玩个小聪明，利用数学的内差法，先凑一个通用的公式出来，在短波时变成维恩公式，在长波时变成瑞利-金斯公式，其它以后再说。当然，这个不用有物理理论支持，细心凑就行了。

很快普朗克就凑了一个公式出来，他把新鲜出炉的公式发表在1900年10月在柏林召开的德国物理学会的一个会议上。令人惊讶的是，他的公式很快就被证实与实验数据十分精确的符合。普朗克自己也很惊讶，没想到他侥幸凑的公式竟然有这么大的威力。

虽然普朗克不知道这个凑出来的公式背后到底隐藏着什么样的秘密, 但普朗克通过六年的探索已经敏锐地感觉到那是个惊人的大秘密，会对整个热力学和电磁学至关重要。他决定背水一战，破釜沉舟，除了热力学的两个基本定律不能动外，他决定什么都可以去挑战。但他万万没有想到的是，当他找到了那个秘密后，他自己先给吓得魂不附体。

经过了一段时间的艰苦奋战，普朗克终于找到了那个他后来得诺贝尔奖时说的“意想不到”的东西，就是：

“仅仅引入分子运动理论还是不够的，在处理熵和几率的关系时，如果要使得我们的新方程成立，就必须做一个假定，假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。”

大家可能觉得这并没有什么了不起的，就“假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的”不就行了吗？但当你真正了解了这句话的含义后，你也就会胆战心惊了。

大家要特别注意普朗克假设中的“不连续性”，因为连续性和平滑性假设是数学微积分的坚实基础，而经典物理学的庞大体系就是建立在这个数学体系之上。在经典物理学中，有了任何难以解决的问题，你动什么都可以，唯独这个基础你连要碰的想法都不能有。就象普朗克最后想的那样，他豁出去了，拼命了，他除了热力学中的两个基本定律不能动外，他在热力学中什么都愿意去挑战。但那只是热力学啊，他连那个基础都不敢动。现在，他发现自己被迫要动整个经典物理学大厦的根基，他能不吓坏吗？

最后，普朗克还是在1900年12月14日在德国物理学会的学术会议上发表了他的论文，提出了自己的假设。

他的假设令所有听到这个假设的物理学家都震惊不已。但人们没有想到的是，正是普朗克的假设启动了量子力学的革命，而更多更大的震惊便接踵而来，一发而不可收拾。

量子力学革命在20世纪的第一年的最后一个月就爆发了，而能量的不连续性就是后来讲的能量的量子化。

如果能量真是量子化的，那么首当其冲受到质疑的就应该是麦克斯韦尔的电磁理论，在普朗克看来，这是不可能的。他宁愿相信能量的量子化只是数学上为了方便引入的一个假设而已，不是物理上的真实。

但很快，普朗克的量子化假设便被广泛传播，具有反叛精神的物理学家们开始把普朗克开创的量子化假设不断推向前进，十几年就出现了一个个意想不到反传统的结果。普朗克则越来越害怕，终于抛弃了自己开创的量子化领域，并一再提醒大家，不到万不得已，不要在量子化领域胡思乱想。

然而，普朗克一旦放出了”量子化“这个幽灵，他就再也收不回去了，也就注定了“量子化” 这个幽灵要将经典的物理世界搅个天昏地暗。

后事如何，下回分解。





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香草-


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第2楼

2010-03-18 15:57:08
发表于: 2010-03-18 15:57:08 [引用]


豆腐庄的掌柜们就是有学问！这两朵乌云整得好！也羡慕理工科的同学，懂那么多，真是：上至天文，下至地理。我时常想，如果把我放到古代社会去我什么科学也带不回去，多愁人哪。

最近看的书中有一本是谈轮回的，作者是美国一位大学教授，刚读到一半，边读边想，所以慢，也有收获，因为读此书前的我和现在的我有些不同...总的来说比较玄，但是我很愿意读，西方人思辨分析求实的作风让人舒坦。---欢迎批评，但是我就是这么想的。

凯掌柜行文有个特点，我说不出来，只觉得读起来一层层的好像梯田，不知不觉就上山顶了，当然也能下来。：）或许我的比喻不大成熟，我是想说：阅读的过程相当愉悦。我也想读一些入门性的有关时间宇宙四维时空的书，当个开明人士。

鼓掌，早点贴下文。

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凯文西


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我的群组

第3楼

2010-03-19 10:59:02
发表于: 2010-03-19 10:59:02 [引用]




香草- 说:
豆腐庄的掌柜们就是有学问！这两朵乌云整得好！也羡慕理工科的同学，懂那么多，真是：上至天文，下至地理。我时常想，如果把我放到古代社会去我什么科学也带不回去，多愁人哪。

最近看的书中有一本是谈轮回的，作者是美国一位大学教授，刚读到一半，边读边想，所以慢，也有收获，因为读此书前的我和现在的我有些不同...总的来说比较玄，但是我很愿意读，西方人思辨分析求实的作风让人舒坦。---欢迎批评，但是我就是这么想的。

凯掌柜行文有个特点，我说不出来，只觉得读起来一层层的好像梯田，不知不觉就上山顶了，当然也能下来。：）或许我的比喻不大成熟，我是想说：阅读的过程相当愉悦。我也想读一些入门性的有关时间宇宙四维时空的书，当个开明人士。

鼓掌，早点贴下文。

我也很喜欢豆腐庄掌柜们的文字，都很有思想。这里气氛很好，很宁静，是学习的好地方，全没有外界的喧闹和吵杂。

作为学理工的，我们又常常羡慕文科同学们的文采和对社会现象的深刻理解。实际上很多理工科方面的专家教授在自己的研究领域里很有造诣，出了自己的领域，很多时候就显得不那么渊博。还有一个有趣的现象是，这些专家很专注于自己的研究，有时候对自己研究成果的隐含意义并不十分了解。就象量子力学一样，很多隐含的意义并不为学物理的人所知道。

所以，我更喜欢读跨学科的书。

客观地说，西方一些科普作家或者其它方面的学者写出来的书要好看的多，精彩的多。尽管有时你可能不同意他的观点，但其思辩和求实的作风却是我们所不能比拟的。

我觉得思辩很重要，但往往被我们时代的人所忽略。就象科学技术，大部分人注意的是技术的发展，技术的应用和技术的成果，他们不太分什么是科学什么是技术，很多时候误把技术当科学。其实，科学更注重抽象思辩。

我写东西比较死板，不活泼，是个很大的问题。我正试图改变这种现象，看看能否把枯燥的东西写得有意思一点，正在尝试。

谢谢香草的鼓励，我会坚持把这个枯燥但却非常重要的题目写完。

：- )



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一果儿


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第4楼

2010-03-20 22:39:56
发表于: 2010-03-20 22:39:56 [引用]


凯老师写得好，引人入胜，等不及要读你的下篇。
这么硬性的题目你写得一点也不枯燥，读来趣味无穷。
要是有些比较抽象的段落里多加一点解释就好了。

“这些专家很专注于自己的研究，有时候对自己研究成果的隐含意义并不十分了解。”
这话说得有份量，技术员和科学家的区别就是在这里吧。

凯老师能不能介绍一些通俗的英文版的物理发展史？

刚才跑去你的博客找年轻的科学，居然麻都木有？
给了莲子吧，多谢多谢啦。

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出喝酒


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第5楼

2010-03-20 23:06:23
发表于: 2010-03-20 23:06:23 [引用]


偶虽然没有看完（今天太累了……），不过要先跑来顶一下……

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娅米


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第6楼

2010-03-21 09:27:32
发表于: 2010-03-21 09:27:32 [引用]


特别佩服文理通吃的人。也向凯老师致敬！我有个大学同学，孩子在国内上高中分文理科班，他坚决要孩子上理科班，虽然父母两个都是学文的而且孩子文科也很好。他的理由是，如果真的喜欢文科喜欢写作，什么时候转行都来得及，鲁迅是学医的，王小波是学数学的，余华也是学医的，但是还没听说哪个学文科的后来转行成了科学家的。

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凯文西


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第7楼

2010-03-22 07:25:09
发表于: 2010-03-22 07:25:09 [引用]




一果儿 说:
凯老师写得好，引人入胜，等不及要读你的下篇。
这么硬性的题目你写得一点也不枯燥，读来趣味无穷。
要是有些比较抽象的段落里多加一点解释就好了。

“这些专家很专注于自己的研究，有时候对自己研究成果的隐含意义并不十分了解。”
这话说得有份量，技术员和科学家的区别就是在这里吧。

凯老师能不能介绍一些通俗的英文版的物理发展史？

刚才跑去你的博客找年轻的科学，居然麻都木有？
给了莲子吧，多谢多谢啦。


谢谢一果儿的阅读。：- )

我对一般物理发展史涉猎的并不多，我主要对新物理学(相对于经典物理学来说)比较有兴趣。对新物理学来说PAUL DAVIES 的书《GOD AND THE NEW PHYSICS》写的比较通俗易懂，他更倾向于无神论，书中对GOD的存在提出很多质疑。

另外一本是ROGER PENROSE的书《THE EMPEROR‘S NEW MIND》，对经典物理和新物理都有介绍，还涉及到数学，人工智能，意识，等领域。他可能稍微有些唯心。

STEPHE HAWKING的书《A BRIEF HISTORY OF TIME》是家喻户晓。他很无神论。

当然还有很多书。

我的那篇文章“年轻的科学，古老的文化” 就贴在庄里，链子是

http://groups.wenxuecity.com/discussion.php?gid=651&pid=66454

：- )


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凯文西


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我的群组

第8楼

2010-03-22 07:38:12
发表于: 2010-03-22 07:38:12 [引用]




出喝酒 说:
偶虽然没有看完（今天太累了……），不过要先跑来顶一下……

出掌柜，赶快上照片！：- )

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凯文西


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我的群组

第9楼

2010-03-22 07:45:00
发表于: 2010-03-22 07:45:00 [引用]




娅米 说:
特别佩服文理通吃的人。也向凯老师致敬！我有个大学同学，孩子在国内上高中分文理科班，他坚决要孩子上理科班，虽然父母两个都是学文的而且孩子文科也很好。他的理由是，如果真的喜欢文科喜欢写作，什么时候转行都来得及，鲁迅是学医的，王小波是学数学的，余华也是学医的，但是还没听说哪个学文科的后来转行成了科学家的。

娅米掌柜太高抬文理同吃了，其实最终就只是半瓶子醋。：- )

我还是相信学有专攻，方能出有份量的成就。所谓文理同吃，就是随便聊天消遣罢了。

娅米掌柜最近有什么大作，人生感悟，贴上来让我们学习学习。

：- )




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拈花微笑


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第10楼

2010-03-22 10:27:34
发表于: 2010-03-22 10:27:34 [引用]


凯老师这个科普演义，写得很棒。深入浅出，引人入胜。

的确，像霍金的《时间简史》这样的将高深的理论物理通俗化的科普读物，现在还是很少。

对于科学演进，我比较同意我们辛辛那提的科学史家,科学哲学家 －库恩的说法。

库恩在1962年发表的《科学革命的结构》(The Structure of Scientific Revolutions) 一书，系统阐述了一种“范式”的科学观。在他看来，科学首先是在“范式”(paradigm) 支配下，为解决“范式”所提出的“疑点”的高度定向的研究活动，这是科学的常规活动；只有当已有的“范式”不足以应付新的问题的挑战时，这个常规的发展才会暂时中断，科学便因此陷入危机，最后导致新“范式”取代旧“范式”的科学革命。

在1989年发表的《接受学导论》一书中，我曾也讨论过康德的十二范畴，伽德默尔的“视界”和库恩的“范式”。在我看来，由于这些认知结构的主观性，任何科学理论，只具有解释性和有用性。而不具有真理性。或迟或早，终会被证伪。这也当然包括量子力学。


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凯文西


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第11楼

2010-03-22 14:45:10
发表于: 2010-03-22 14:45:10 [引用]




拈花微笑 说:
凯老师这个科普演义，写得很棒。深入浅出，引人入胜。

的确，像霍金的《时间简史》这样的将高深的理论物理通俗化的科普读物，现在还是很少。

对于科学演进，我比较同意我们辛辛那提的科学史家,科学哲学家 －库恩的说法。

库恩在1962年发表的《科学革命的结构》(The Structure of Scientific Revolutions) 一书，系统阐述了一种“范式”的科学观。在他看来，科学首先是在“范式”(paradigm) 支配下，为解决“范式”所提出的“疑点”的高度定向的研究活动，这是科学的常规活动；只有当已有的“范式”不足以应付新的问题的挑战时，这个常规的发展才会暂时中断，科学便因此陷入危机，最后导致新“范式”取代旧“范式”的科学革命。

在1989年发表的《接受学导论》一书中，我曾也讨论过康德的十二范畴，伽德默尔的“视界”和库恩的“范式”。在我看来，由于这些认知结构的主观性，任何科学理论，只具有解释性和有用性。而不具有真理性。或迟或早，终会被证伪。这也当然包括量子力学。


看来笑兄是专家了，有专家在庄里，真是令人高兴。：- )

首先跟笑兄确证一下，你现在在欣欣那提吗？看你说“我们辛辛那提” ，我就很好奇，透着你对欣欣那提很有感情。呵呵。

对科学范式的改变我一直有些问题很迷糊，正好笑兄对这方面很有研究，我就请教一下。

一个问题是，科学范式的改变是否是纯学术的行为？社会舆论或者其它因素在科学范式改变中的作用有多大？例如，达尔文进化论在初创时似乎在学术上并没有压倒的解释优势，好象更多的是思想的反叛和舆论控制导向加速了达尔文进化论的传播，后来才被学术界接受。而目前智能设计论的倡导者，似乎也在效法当年达尔文派用过的策略。

第二个问题，是关于笑兄说的“由于这些认知结构的主观性，任何科学理论，只具有解释性和有用性。而不具有真理性。” 这个提法是否排斥科学理论的真理性？我们能否说科学理论是一种相对真理，是对绝对真理的逼近？还是说没有绝对真理？我对这个比较糊涂。原因是，在我后面介绍的量子力学解释中就牵扯到这样的问题。

比如说，绿岛MM以前画过一幅“白马图” ，曾经名动江湖。我们似乎认定绿MM画的马是“白色” ，这就是绝对真理。但是仔细分析就不对了，因为在我们人类正常眼睛所能看的波长范围内，我们看到的是“白色” 。如果把观察的波长范围变了，比如蜜蜂的眼睛，它看到的马是“蓝紫色” 。如果继续变仪器(例如眼睛) 的观察波长范围，那么我们看到马的颜色则是其它颜色。

这样说来，绿MM画的马没有一个“绝对颜色” ，这也好象没有绝对真理了一样。

笑兄有何看法。


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拈花微笑


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第12楼

2010-03-23 07:41:32
发表于: 2010-03-23 07:41:32 [引用]


呵呵，凯兄别客气哈，请教不敢当。我不是攻科学史的。我只在比较哲学和文化方面做了些作业。更何况我现在只是一名电脑工程师。

新旧“范式”的交替，也是个社会学的过程，有政治，宗教，心理，以及商业的因素参与。

我对绝对真理没有信心。真理意味着有一种放之四海，放之古今而皆准的认识。可是，这种认识从来没有人掌握过。真理，只是宗教的理想。试问，真理如何可能？客观性如何可能？任何观察都渗透了理论。我们的感官都经过训练。我们只能看到我们被教会看的东西，期望看到的东西。有时，我们甚至会听而不闻，视而不见。偶然间，我们不经意地看到某种新现象，而现有的“范式”无法解释，我们会大惊失色，开始怀疑。寻找新的解释。于是，新的“范式”就诞生了。这种新旧“范式”的积累，会不会导致由所谓相对真理达到绝对真理呢？我看未必。因为这个过程是不可穷尽。此外，按照库恩的说法，新旧“范式”之间，不具有可通约性。因此，新旧“范式”是不能简单积累的。

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一果儿


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第13楼

2010-03-23 18:43:46
发表于: 2010-03-23 18:43:46 [引用]


两位老师的交流好玄啊：-)
网上看到这篇文章，也放在这里吧。


http://bbs.99read.com/dispbbs.asp?boardid=18&Id=151269

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晓拂


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第14楼

2010-03-24 10:41:57
发表于: 2010-03-24 10:41:57 [引用]


凯兄和笑兄的交流很有意思。

我觉得，不同时空里的物质微粒不同，所以颜色在不同的时空里看到的也不同。人
都太执于自己这个时空里所见，殊不知眼睛看见的也未必真实。

什么是真理呢？人都有自己的理解。而人的知识和能力又是如此有限，所以所谓的
真理也不过是瞎子摸象之说了。

在天地之间、在上帝面前，人能做的就是谦卑。不要太固执了，不要太认为自己了
不起了。

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凯文西


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第15楼

2010-03-24 14:38:56
发表于: 2010-03-24 14:38:56 [引用]




拈花微笑 说:
呵呵，凯兄别客气哈，请教不敢当。我不是攻科学史的。我只在比较哲学和文化方面做了些作业。更何况我现在只是一名电脑工程师。

新旧“范式”的交替，也是个社会学的过程，有政治，宗教，心理，以及商业的因素参与。

我对绝对真理没有信心。真理意味着有一种放之四海，放之古今而皆准的认识。可是，这种认识从来没有人掌握过。真理，只是宗教的理想。试问，真理如何可能？客观性如何可能？任何观察都渗透了理论。我们的感官都经过训练。我们只能看到我们被教会看的东西，期望看到的东西。有时，我们甚至会听而不闻，视而不见。偶然间，我们不经意地看到某种新现象，而现有的“范式”无法解释，我们会大惊失色，开始怀疑。寻找新的解释。于是，新的“范式”就诞生了。这种新旧“范式”的积累，会不会导致由所谓相对真理达到绝对真理呢？我看未必。因为这个过程是不可穷尽。此外，按照库恩的说法，新旧“范式”之间，不具有可通约性。因此，新旧“范式”是不能简单积累的。

我觉得笑兄的见解是相当深刻的。：- )

确实在我们的世界里，我们观察我们周围的一切，很大程度上取决于我们自己认可或者接受的世界观和价值观。很多时候我们本能地排斥异己。这就是笑兄说的“我们只能看到我们被教会看的东西，期望看到的东西。有时，我们甚至会听而不闻，视而不见。” 。或许正象笑兄说的，“真理只是宗教的理想” ，或者只有天国才存在真理，如果有天国的话。

在我后面介绍的量子力学的解释里，就我们外界的物理世界而言，不存在一个“客观的外部世界” ，一切都与观察测量的方式相联系。在这一点上，笑兄的理解倒是跟量子力学的解释很有一致性。： - )


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凯文西


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第16楼

2010-03-24 14:43:24
发表于: 2010-03-24 14:43:24 [引用]




一果儿 说:
两位老师的交流好玄啊：-)
网上看到这篇文章，也放在这里吧。


http://bbs.99read.com/dispbbs.asp?boardid=18&Id=151269

一果儿转的朱清时校长的文章我看了一下，满有意思。：- )

新物理学包括相对论和量子力学，对唯物主义的冲击是非常巨大的。因为唯物主义赖以存在的基础“物质是永恒的” ，在新物理学里已经不复存在。相对论把物质与能量连接了起来，它们可以互相转化。相对论把物质、时间和空间也联系了起来，它们也可以互相转化。

而量子力学的“不确定性原理”( 有人叫“测不准原理”) 告诉我们能量是可以“从无到有的” ，从无到有的能量就幻化出了我们这个世界包括时间、空间和物质。这个“从无到有”的理论被描述成宇宙起源的 “暴胀理论”( 我们后面会介绍) 。

这样，唯物主义的麻烦就大了。：- )

朱校长说，超弦理论挑战“物理世界的客观性” 。其实，量子力学的解释就开始挑战了，而量子力学在超弦理论里是个基础。超弦理论或者更新的M理论还不成熟，还在发展阶段。但量子力学已经很成熟了。


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凯文西


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第17楼

2010-03-24 14:46:59
发表于: 2010-03-24 14:46:59 [引用]




晓拂 说:
凯兄和笑兄的交流很有意思。

我觉得，不同时空里的物质微粒不同，所以颜色在不同的时空里看到的也不同。人
都太执于自己这个时空里所见，殊不知眼睛看见的也未必真实。

什么是真理呢？人都有自己的理解。而人的知识和能力又是如此有限，所以所谓的
真理也不过是瞎子摸象之说了。

在天地之间、在上帝面前，人能做的就是谦卑。不要太固执了，不要太认为自己了
不起了。

晓拂提到不同的时空很有意思。：- )

现代物理学和宇宙学的很多理论已经要借助超出我们时空的其它空间才能解释(例如超弦理论的10维空间，还有其它的宇宙理论)，这个就给物理学带来了很大困惑。因为如果要借助超出我们时空的空间，那么这些理论的实证就遇到不可逾越的麻烦。但现代物理学或者宇宙学又必须借助其它时空的思想，否则很难理解我们的宇宙。因为我们在自己的宇宙里研究宇宙，这是个逻辑的“自指” 问题，是个怪圈。

我们拭目以待，看物理上将来会有什么出路。


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晓拂


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第18楼

2010-03-24 19:37:42
发表于: 2010-03-24 19:37:42 [引用]




凯文西 说:


晓拂 说:
凯兄和笑兄的交流很有意思。

我觉得，不同时空里的物质微粒不同，所以颜色在不同的时空里看到的也不同。人
都太执于自己这个时空里所见，殊不知眼睛看见的也未必真实。

什么是真理呢？人都有自己的理解。而人的知识和能力又是如此有限，所以所谓的
真理也不过是瞎子摸象之说了。

在天地之间、在上帝面前，人能做的就是谦卑。不要太固执了，不要太认为自己了
不起了。

晓拂提到不同的时空很有意思。：- )

现代物理学和宇宙学的很多理论已经要借助超出我们时空的其它空间才能解释(例如超弦理论的10维空间，还有其它的宇宙理论)，这个就给物理学带来了很大困惑。因为如果要借助超出我们时空的空间，那么这些理论的实证就遇到不可逾越的麻烦。但现代物理学或者宇宙学又必须借助其它时空的思想，否则很难理解我们的宇宙。因为我们在自己的宇宙里研究宇宙，这是个逻辑的“自指” 问题，是个怪圈。

我们拭目以待，看物理上将来会有什么出路。


其实，另外的时空就与我们的时空同时同地存在着。只不过寻常人的肉眼看不到
而已。总觉得研究另外时空的方法可能需要改变一下。若被一些常人的观念（或者
说实证科学的观念）障碍住，是研究不出结果的。

还是孩子小的时候，圣诞期间，我们一起看一部片子“圣诞老人的来历”。说圣·
尼古拉（那时候还不是圣诞老人，是个少年。）系上一条红腰带就可以穿越到另外
的时空里去。

不知此故事真实与否。然而，我知道人是有办法去到另外的时空的。这个能力不是
从外界获得，而要向我们的内心去寻求。

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豆腐酒


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第19楼

2010-03-24 23:30:48
发表于: 2010-03-24 23:30:48 [引用]


这风云录写得的确好看。

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酸豆汁


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第20楼

2010-03-26 21:40:24
发表于: 2010-03-26 21:40:24 [引用]


这篇是近期唯一存起来的文章，凯掌柜是大才！

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凯文西


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第21楼

2010-03-29 11:01:38
发表于: 2010-03-29 11:01:38 [引用]


谢谢晓拂的回复。在科学上探索其它空间，要靠的是实证或者推理，这也确实是个问题。当然科学是有它不能达到的领域。：- )

谢谢酒掌柜的美言。酒掌柜的“过大侠传”语言功底实在了得，故事也是相当地引人入胜。盼望能尽管看到下一集。呵呵。

也谢谢酸豆汁掌柜。豆汁掌柜的诗、文、评论、图片都是超一流的，我等要好好向豆汁学习。： - )

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qsu


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第22楼

2010-06-27 03:51:43
发表于: 2010-06-27 03:51:43 [编辑] [引用]




凯文西 说:
缘起：

上次写了《年轻的科学，古老的文化》引言，本来准备下来就写关于中国文化的思考，然而事情却有了一些变化。

原以为科学昌明的今天，大家对科学的了解应该比较多了，但后来我惊讶的发现事实并不是这样。这源自于我的那篇小文被意外地转出了豆腐庄，被贴在了一个高知云集的论坛，而引起了一场不大不小的骚动。我在那篇小文中简短地述说了精神意识在量子力学研究中的出现，因果律和客观实在在量子力学研究中受到的冲击，这使得有些同学不舒服，个别同学则非常愤怒，而个同学还是学物理的，并在学校里给学生讲授物理。他或者他们好象不知道这些问题在80年前就在量子物理的争论中被提了出来，是正宗的哥本哈根的观点解释或者推论。

这就使我想到了，现在仍需要科普，特别是量子力学这门革命性的深刻科学。但要写一个关于量子力学革命的深入浅出的科普不容易，因为它提出的思想太颠覆我们的传统思维。我们显然需要一个简单易懂的量子革命发展史，但要写却比较困难，虽然我们有不少的科普著作论述量子力学的思想。倒是有一本书《上帝掷骰子吗？》把量子革命写的很好，不过那是一本巨著，我想可能大家没有那么多的时间和兴趣去啃它。这里正好我有兴趣，我便按照这本书的脉络，把量子革命怎样发展的故事介绍给大家，希望能在数篇文章的篇幅内让大家能够领略量子革命的精髓，算对我前面那篇小文的补充和辩护。

好，言归正传。
*************************************************************************************

量子江湖风雨录 (1)

0。

就象江湖上那经典的一幕，历经三百多年风霜雪剑的恩怨情仇，一个超级的武林门派傲然出世。这个门派汇集了无数身经百战的超一流好手，群英汇萃，气象不凡，所向披靡。它最后终于一统江山，名震江湖，成为唯一的超级霸主。任何其它的个人或者势力在这个超级霸主面前都显得那么的脆弱，那么的不堪一击，也更凸显出这个超级霸主的威严、辉煌与骄傲。

这个超级霸主，不是别人，就是19世纪末的物理学大厦，金碧辉煌、雄伟壮观、不可一世，以惟我独尊的气派统治着物理学界。

那时，牛顿力学控制着天上的行星和地上的石头；波动理论在光学领域独霸一方，后来又被新的电磁理论扩大到整个电磁世界；热力学三大定律也亦基本建立；分子运动论和统计热力学也在一帮天才的努力下获得成功。而最重要的是，这一切理论都是相互包容的，彼此没有任何冲突和矛盾，最终形成了一个庞大的经典物理学大同盟。

这时，最能表达物理学骄傲的应该是拉普拉斯的那句著名语录，就是在1799年他的著作《天体力学》发表后，拿破仑问拉普拉斯：“在您宇宙体系的大作中，为什么没有提宇宙的创造者？”而拉普拉斯的回答是：“陛下，我不需要上帝这个假设。”因为在拉普拉斯眼力，他的理论是那样的完美，以至于在某一时刻，只要给定宇宙所有粒子的初始条件，人们就可以把宇宙的过去、现在和将来都清楚地用方程描述出来，展现在世人的面前。

在经典物理学的大厦里，因果律支配着一切，一个与精神意识无关的客观实在不以任何精神意志为转移地存在着，而在物理学家的眼里，19世纪末的物理定律已足以完整地描述这个客观世界。科学界普遍认为，物理学到达了她辉煌的终点，不再会出现新的惊喜，而伟大的科学家开尔文勋爵甚至说：“物理学的未来，将只有在小数点第六位后面去寻找”。

一片歌舞升平，一片喜气洋洋，物理学界一片金色辉煌。但是，人们不禁要问, 真的是那样吗？

当然不是那样，后来物理学的发展无情地摧毁了这种理性的傲慢。在人们还没有来得及充分享受那个物理学大厦的辉煌的时候, 20世纪初，两场摧枯拉朽的革命在物理学的领域里粹然而至，不可思议。第一场革命改变了人们传统的绝对时空观念, 那就是爱因斯坦的相对论, 而第二场革命就是由以玻尔为领袖的哥本哈根学派创立的量子力学，直接冲击着经典物理学赖以为基础的因果律和不以精神意识为转移的客观物理实在性。

作为对传统的反叛，爱因斯坛的相对论一出现就震动了整个学术界，他的反叛理论那么的不可思议，那么的革命，令整个学术界都目瞪口呆，难以接受。然而在理论和实验面前，学术界不得不接受了他的相对论，尽管不那么令人舒服。

然而，量子力学的反叛却远远超过了爱因斯坦的相对论。如果说相对论使得经典物理学大厦发生剧烈的震动和摇晃的话，那么量子力学则是从根本上要摧毁经典物理学的辉煌。也正因为如此，量子力学的出现才引起了物理学界的世界大战。

当量子力学刚出现的时候，她的反叛思想深深地吸引了具有非凡反叛精神的爱因斯坦，爱因斯坦为量子力学的初期发展做出了不可磨灭的贡献。然而，随着量子力学的理论向纵深发展，她所表现出来的反叛令爱因斯坦也深为震惊，终于使得爱因斯坦走向了量子力学的反面，成为反对量子力学阵营的精神领袖。

那么，量子力学是怎样出现和发展的？她又是怎样反叛经典物理学的？何以能引起世界如此的震撼？

那就让我们大概地领略一下量子力学的诡秘与迷茫，神奇与沮丧，以及成就与混乱。大家一定要记住创立量子力学的哥本哈根学派的精神领袖波尔的一句名言：

“假如一个人不为量子论感到困惑的话，那他就是没有明白量子力学。”

1。

上面说到，19世纪末，宏伟壮观的经典物理学大厦落成，金碧辉煌，天空一片湛蓝，这使得物理学的大厦更加光彩夺目。然而，不知何时，却有两朵小小的乌云在不经意间，慢慢地出现在了瓦蓝的天边。因为人们还沉浸于刚刚落成的经典物理学大厦，所以没有太多的人注意这两片小小的乌云。

然而，这两朵乌云却被德高望重的物理学家开尔文注意到了，那年他76岁，是1900年的4月27日，他发表了著名的演讲《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》。他白发苍苍，以这句话开头：　“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了”。

其实，这两夺乌云在当时看来并不起眼，是物理学中在19世纪末遇到的难以理解的两个问题。

一个是物理学家迈克尔逊和莫雷心血来潮，于1886年安排了更精确的实验，想测量“以太”相对于地球的相对速度，而这个以太当时被认为是一个绝对静止的参考系，地球穿过以太运动。他们的设想是，地球在以太中运动，如果在不同的运动方向上测量两束光在以太中的速度，从它们的差别中就可算出以太相对与地球的速度。

大家没有必要去考虑他们到底是怎么计算的，而关键是当他们完成了多次的实验后，他们惊异的发现，以太似乎对穿越于其中的光线速度毫无影响。他们认为这是一个“失败的实验”，因为这个实验似乎在否定以太作为绝对静止参照系的存在，而以太这个绝对静止的参照系是经典时空观在经典物理学的一个基石，谁吃了熊心豹子胆敢动这个基石？

第二朵乌云来自黑体的辐射问题。19世纪末，人们开始对黑体辐射发生了浓厚的兴趣，发现黑体辐射的能量与温度有明确的函数关系。但究竟这个关系在理论上应该是什么呢？

德国帝国技术研究所的物理学家维恩从从经典热力学的思想出发，假设黑体辐射是由一些服从麦克斯韦速率分布的分子发射出来的，然后通过推演在1893年提出了一个辐射能量与温度的分布公式。但这个公式却只在短波范围内与实验数据吻合很好，在长波范围就出现很大偏差。

后来英国的物理学家瑞利和意大利物理学家金斯共同努力从类波的角度出发推导出了另外一个公式，计算黑体辐射的公式。遗憾的是，这个公式与维恩的公式正好相反，只在长波范围内与实验数据吻合很好，在短波范围会出现很大偏差。

大家可以不理会这朵乌云具体是什么，只要知道物理学家从经典物理学里推导出了两个公式来描述同一物理现象 – 黑体辐射，一个从经典粒子的角度出发去推导，另一个从类波的角度去推导，得到的公式只分别适用于短波或者长波，不能通用，很难解决。这就是个问题，说明经典物理学缺了些什么。

尽管这两朵乌云令人百思不解，但由于它们不合时宜地出现在了经典物理学辉煌大厦的落成之时，物理学界还是充满了乐观，认为必定能在当时已有的理论框架内得以解决，不必担心。

然而，令人料想不到的是，正是这出现在19世纪末的两朵不起眼的乌云，在短短20多年的时间内，先是在经典物理学大厦上空形成了满天乌云，继而电闪雷鸣，很快便刮起了狂风暴雨，将经典物理学的宏伟大厦连根拔起，摔得七零八落，同时也使得理论物理学走进了迷宫，至今没有完全突围出来。

第一朵乌云导致了相对论的诞生，把人们拉入了时空物质相互纠缠的玄妙世界，迫使我们思考从没有时间、没有空间、没有物质的状况怎样幻化出时间、空间和物质，并形成我们所处的这个丰富多彩的的世界，当然还包括我们人类的生命和精神意识。

第二朵乌云导致了量子力学的诞生，由哥本哈根学派创立，在他们的解释里，它冲击我们原有的因果律，否定我们身外存在一个客观的物理实在，在其推论中更将精神意识引入了物理学的领域里面来。这个理论倔强地与相对论发生冲突，倔强地与很多其它解释争夺在物理学中的霸主地位。

限于篇幅，我们不去关注第一朵乌云，就让我们只关注第二朵乌云吧，看它怎样演变成了满天乌云，怎样演变成了狂风暴雨，怎样冲击经典物理学的根基。

2。

对大学物理有些概念的人肯定都会记得大名鼎鼎的普朗克。普朗克当时是德国柏林大学(柏林一所大学？)的物理学教授，他对黑体辐射问题发生了兴趣，他想一举解决这个难题。虽然他当时只知道维恩的公式(适合短波)，但他也知道黑体辐射在长波时的关系，虽然他不知道瑞利-金斯公式。

然而，经过了六年的艰苦努力，他没有成功，这很令他沮丧。那时他已从朋友那儿知道了在长波时的瑞利-金斯公式。后来普朗克想，要不我先玩个小聪明，利用数学的内差法，先凑一个通用的公式出来，在短波时变成维恩公式，在长波时变成瑞利-金斯公式，其它以后再说。当然，这个不用有物理理论支持，细心凑就行了。

很快普朗克就凑了一个公式出来，他把新鲜出炉的公式发表在1900年10月在柏林召开的德国物理学会的一个会议上。令人惊讶的是，他的公式很快就被证实与实验数据十分精确的符合。普朗克自己也很惊讶，没想到他侥幸凑的公式竟然有这么大的威力。

虽然普朗克不知道这个凑出来的公式背后到底隐藏着什么样的秘密, 但普朗克通过六年的探索已经敏锐地感觉到那是个惊人的大秘密，会对整个热力学和电磁学至关重要。他决定背水一战，破釜沉舟，除了热力学的两个基本定律不能动外，他决定什么都可以去挑战。但他万万没有想到的是，当他找到了那个秘密后，他自己先给吓得魂不附体。

经过了一段时间的艰苦奋战，普朗克终于找到了那个他后来得诺贝尔奖时说的“意想不到”的东西，就是：

“仅仅引入分子运动理论还是不够的，在处理熵和几率的关系时，如果要使得我们的新方程成立，就必须做一个假定，假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。”

大家可能觉得这并没有什么了不起的，就“假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的”不就行了吗？但当你真正了解了这句话的含义后，你也就会胆战心惊了。

大家要特别注意普朗克假设中的“不连续性”，因为连续性和平滑性假设是数学微积分的坚实基础，而经典物理学的庞大体系就是建立在这个数学体系之上。在经典物理学中，有了任何难以解决的问题，你动什么都可以，唯独这个基础你连要碰的想法都不能有。就象普朗克最后想的那样，他豁出去了，拼命了，他除了热力学中的两个基本定律不能动外，他在热力学中什么都愿意去挑战。但那只是热力学啊，他连那个基础都不敢动。现在，他发现自己被迫要动整个经典物理学大厦的根基，他能不吓坏吗？

最后，普朗克还是在1900年12月14日在德国物理学会的学术会议上发表了他的论文，提出了自己的假设。

他的假设令所有听到这个假设的物理学家都震惊不已。但人们没有想到的是，正是普朗克的假设启动了量子力学的革命，而更多更大的震惊便接踵而来，一发而不可收拾。

量子力学革命在20世纪的第一年的最后一个月就爆发了，而能量的不连续性就是后来讲的能量的量子化。

如果能量真是量子化的，那么首当其冲受到质疑的就应该是麦克斯韦尔的电磁理论，在普朗克看来，这是不可能的。他宁愿相信能量的量子化只是数学上为了方便引入的一个假设而已，不是物理上的真实。

但很快，普朗克的量子化假设便被广泛传播，具有反叛精神的物理学家们开始把普朗克开创的量子化假设不断推向前进，十几年就出现了一个个意想不到反传统的结果。普朗克则越来越害怕，终于抛弃了自己开创的量子化领域，并一再提醒大家，不到万不得已，不要在量子化领域胡思乱想。

然而，普朗克一旦放出了”量子化“这个幽灵，他就再也收不回去了，也就注定了“量子化” 这个幽灵要将经典的物理世界搅个天昏地暗。

后事如何，下回分解。

所有跟帖： 

• 量子江湖风雨录 2===凯文西 -qsu- ♂ (11736 bytes) () 06/27/2010 postreply 03:55:20

• 量子江湖风雨录 3===凯文西 -qsu- ♂ (14683 bytes) () 06/27/2010 postreply 03:56:44

• 量子江湖风雨录 4===凯文西 -qsu- ♂ (18927 bytes) () 06/27/2010 postreply 03:58:08

• 量子江湖风雨录 5===凯文西 -qsu- ♂ (19208 bytes) () 06/27/2010 postreply 03:59:51

• 写得太太太太太太太太好了！！！！！！！！ -丁一凡- ♀ (54 bytes) () 06/27/2010 postreply 05:24:09

• 科学上升到一定程度，就是哲学的思辨 -liangerwind- ♀ (44 bytes) () 06/27/2010 postreply 06:32:29

• 治水先要研究BUTTERFLY EFFECT;) -QSU- ♂ (0 bytes) () 06/27/2010 postreply 18:14:58

• BUTTERFLY EFFECT，上帝也管不了 -liangerwind- ♀ (0 bytes) () 06/28/2010 postreply 01:59:25

• 大学专业课里的人物,现在都要忘光了, 哈哈 -北京痞子- ♂ (57 bytes) () 06/28/2010 postreply 07:43:14