疯狂的目的论

在近代科学中,尤其在物理理论中,因果律一向被当着不可动摇的原则。所谓因果律,就是任何事件都是由前一刻的另一个事件决定的,我们一步一步向回倒推,就会将事件链条列出来。举一个日常的例子,任何一个人的存在是因为他们父母先于他(她)存在并且在他出生之前结婚了。在物理理论中,因果律由运动方程体现出来,这些运动方程往往是时间作为变量的微分方程,方程往往是应用因果律推导出来的。因果律还可以从方程的解看出,我们可以由方程获得无限多个解,选择了初始条件之后,我们就可以从这些无限多个解中挑出一个解来。换言之,决定了初始条件,往后的事件就完全确定了。

牛顿力学是一个典型的体现因果律的力学体系。举一个最简单的例子,假如我们知道了作用在一个粒子上的力,牛顿方程告诉我们,只要你知道了该粒子在初始时刻的位置和速度,它在未来任何时刻的位置和速度就确定了。其实牛顿力学是时间反演对称的,如果你知道了粒子在未来一个时刻的位置和速度,你也可以推出它在过去任意一个时刻的位置和速度。这不过是简单地倒果为因,说成是因果律还是果因律关系不大。但牛顿自己知道,要用他的体系确定我们的宇宙(在他的时代基本上是太阳系),那么他需要知道最原始的初始条件是怎么决定的,这就是第一推动问题,是谁让天体在最初的时刻具有了特殊初始条件从而派生出我们现在看到的速度和轨道?因果律不足以决定宇宙的一切,因为不论在牛顿体系中还是现代物理学体系中,都存在无限多个可能的初始条件,从而存在无限多个可能的宇宙历史。

很多人喜欢谈论量子论中的不确定性,其实量子力学也是满足因果律的。一个粒子的波函数方程与一个粒子的经典运动方程没有本质上的不同,都是以时间作为变量的微分方程。如果我们知道了波函数在某个初始时刻的样子,那么未来任何时刻的波函数也就决定了。我们通常将满足因果律的物理体系看作满足决定论的。

霍金和他的合作者曾经试图解决第一推动的问题,也就是说,初始条件在某种意义上是唯一的。如何选择这个初始条件?这就超出普通决定论的范围。也许我们希望像上帝一样建造一个有着某种固定未来的宇宙,例如人类必将出现。有着这种因素在内的理论我们通常称为目的论,即初始状态的选择依赖于我们对未来的期待。当然,霍金等人的理论不是目的论。

我过去写过不少关于人择原理的文章,所谓人择原理,就是以人类存在为前提来选择我们的宇宙。人择原理后面的“合理性”是只有我们人类或类似的智慧生命才会研究科学,才会提出为什么有物理规律、宇宙为什么是我们看到的样子这类问题。我自己并不相信人择原理,但人择原理的确有目的论的成分在里面。

丹麦哥本哈根大学玻尔研究所的Holger Nielsen一向被认为是玻尔之后的最有原创性的丹麦物理学家,一直以来,他在鼓吹一种目的论,即我们的宇宙不仅是初始条件决定的,而是整个历史包括未来所决定的。

他和他的合作者,日本人Masao Ninomiya提出了一个具体的含有目的论的理论(他们没有用目的论这个词汇,他们用了逆因果律)。为了解释他们的理论,我们要稍微回顾一下在量子论中,经典因果律是如何出现的。这需要回到费曼。费曼很久以前提议用对历史求和的方法取代体现量子因果律的波函数微分方程。他的方法道理上很简单,如果我们想从某个初始时刻的波函数推出现在的波函数,我们就对所有的历史求和,每个历史赋予一个相因子(相因子是绝对值为1的复数)。在数学中我们知道,如果邻近历史的相因子的变化很大,那么邻近的相因子基本上抵消。所以,经典历史是那种邻近历史的相因子变化最小的的历史。这样,奇迹般地,满足因果律的历史是由经典物理中不熟悉的复数决定的。

Nielsen和Ninomiya则建议,费曼的求和规则应该改成对任意复数的求和,而不仅仅是相因子。用物理学家熟悉的语言来说,每个历史的作用量不只是一个实数,它还有一个虚部。但这个虚部在费曼的规则中体现出来的却是改变几率的实数!这个改变几率的实数依赖于整个历史。这是他们目的论的来源。

这两位不同寻常的人提出了一个不同寻常的建议。他们认为,即将运行的大型强子对撞机可能产生的黑格斯粒子就会带来很大的几率修正。也就是说,如果未来会产生很多黑格斯粒子,那么这个历史的几率就会变得很小。换言之,他们的目的论不允许未来会有很多黑格斯粒子产生。

如果他们的理论是正确的,就会出现两个可能的结果,要么大型强子对撞机运行了,却会因为某种原因不会产生黑格斯粒子,要么会出现某种突发性事件(如经费短缺,地震,等)使得大型强子对撞机永远运行不起来!他们甚至还建议进行某种赌博性的实验来检验他们的理论。这个理论足够疯狂,以致十月12日的纽约时报专门报道了他们的理论。

我比较同情两位物理学家的目的论,虽然我不太相信黑格斯粒子在目的论中扮演的重要角色。这是因为,在我的一个暗能量模型中,未来在某种程度上决定了现在。有意思的是,日本人Ninomiya和我有类似的历史,我们都在玻尔所待过,都在布朗大学做过研究助理教授。他比我年长,从而历史比我早,所以我了解他的历史,他并不了解我的。这里,目的论没有起什么作用。

(《环球科学》专栏,勿转)

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  1. 227

    之前只是胡言乱语了几句,望见谅。

  2. 228 醉蛋

    196 abada
    我在这里等你好久了,怎么跑到形形色色去了。

    “参数如此才会演化出人类。”
    你这里的“参数”是指人类的生存环境呢,还是宇宙学常数?宇宙学的任何一个预测都不是短期的。一亿年都算短期了,还谈什么证伪。

    哪些参数是你的理论与实际相符,从而支持你的人择原理?

    库恩所提出的科学革命的“范式转换”,范式的转换是靠一种综合取舍,而不是靠“证伪”完成的。

  3. 229 kx

    导致量子论中的不确定性的原因在于光量子的多态性,复杂性和微观无干扰测量的困难性。

  4. 230 一条馋猫

    好象是在说“如何呈现光子与光速c、Planck常数h/2pi和精细结构常数α间相关联图景的拼图正解?”。

  5. 231 准点完成

    我刚完成了个光子分能的项目,绝对是物理界百年前十的。

  6. 232 一条馋猫

    必须注意到的是光速c和Planck常数h/2pi是两个最基本的物理常数,它们是单位制式之源。我估计答案会很直观,但推导过程是非常繁复的。

  7. 233 醉蛋

    230 一条馋猫
    诚然,光速c和狄拉克常数是两个基本的物理常数,你所说的拼图正解大概是指:量子电动力学,量子色动力学,弱电统一理论。
    这些都是微观的理论,目前还没有和引力及宏观大尺度统一。这之间的过渡不是必然的,万有理论试图统一它们,弦论家们提出了五花八门的弦理论试图寻找之间的联系,但需要证明呀。

    196 abada“宇宙的这些参数”大概是指天体年龄,非零的宇宙学常数,宇宙中的物质密度?
    至于暗物质究竟是由什么组成的,有人认为是超对称粒子,黑洞,中微子等。
    宇宙学常数的物理起源何在? 它为什么取今天这样的数值? 占目前宇宙密度70% 的暗能量究竟又是由什么组成的?这些是需要物理学家探索的。

    至少196 abada的意思是指,地球是一个中等大小的行星,它绕着一个寻常的螺旋星系外圈的普通恒星做公转,而这星系本身只是在可观察到的宇宙中万亿个星系中的一个。
    而这整个庞大的构造仅仅是为我们的缘故而存在。这基本上是人择原理的描述吧。

    生物圈包括在宇宙中,但只占宇宙很小的一部分,恐怕连一个扰动都够不上。如果宇宙是一个乒乓球大,生物圈恐怕就相当于一个电子吧。这个电子对乒乓球有扰动,那也阻挡不了容国团成为新中国第一个世界冠军获得者。相反,它对足球的扰动可能大些,致使中国男足踢不好。

  8. 234 醉蛋

    超弦理论预言了超对称,这是可以检验的。LHC运行结果可能会给出答案吧。
    不过一使用超对称,宇宙的半径就缩小到毫米,这恐怕有点超乎寻常吧。至于什么D-膜之类的更说不清。
    早期的用Casimir能量计算宇宙半径只有地球到月球的距离,这也没有超出太阳系。
    最近看《天才理论传》,有一个Radge失去工作的情景。

    Radge:对不起,我失去了冷静。
    Leonard:发生了什么事?
    Radge:事情是这样,六个月前我关于海王星外天体测算的课题走进了死胡同。
    Wolowitz:然后呢?
    Radge:只有我在大学工作我的签证才有效。如果我非法定局,我就会被驱逐出境。
    Leonard:那之后的六个月你都干嘛了?
    Radge:收发email,更新Facebook个人状态。搞乱维基百科条目。嗨,你们知道Netflix现在能下电影了不?
    Sheldon:你是说你在以欺诈手段继续挥霍研究经费?对于一个天体物理学家来说这是很不道德的。不过海盗们可是被逼无奈的。
    Radge:我不想回印度。又热又吵,人满为患。

  9. 235 醉蛋

    还有一个是关于实验做假的事。
    Radge:我们必须告诉他。
    Sheldon :告诉我什么?

    Wolowitz :我们想和你谈论件北极的事。
    你还记得起初几个星期我们寻觅磁单极的情形吧?我们终于得到有用数据时,你是那么的高兴。但实际上,你那些仪器探测到的并非磁单极的范例。而是我们开关电动开罐器的数据。
    Sheldon:你们篡改了我的实验数据?
    Wolowitz :没办法啊,只有这样你才不会变成魔鬼。

    Penny:能告诉我是怎么回事吗?
    Sheldon:怎么回事?我以为我取得了开天辟地的科学成果,但事实上我却被Wolowitz Koothrappali伪造数据给骗了。
    Penny:是真的吗?
    Leonard:只有这样他才会高兴,因为他不高兴起来,我们都想杀了他。

    Leonard:原始数据我们留了,你还是能发表真实结果的。
    Sheldon:没错,但真实结果并不成功。我已经给学校每个人写了邮件说我证实了弦理论,由此彻底改变人类对宇宙的认识。
    Leonard:再一封邮件澄清咯,没啥大不了的。
    Sheldon:多亏了你,我的事业完蛋了,我下半辈子要待在德州,给上帝论者灌输进化论。

  10. 236 李淼

    醉蛋:

    这是那部电视剧的台词?

  11. 237 醉蛋

    还是《天才理论传》呀。:D

  12. 238 一条馋猫

    233醉蛋
    谢谢!我是不是太心急了?是的,我一定会耐心等待的。
    再次谢谢你,我心中的醒蛋。O(∩_∩)O谢谢

  13. 239 醉蛋

    不谢

  14. 240 一条馋猫

    =)

  15. 241 dvaknheo

    宇宙就是一个分形
    会不会是四元素 mandelbrot
    经过 傅里叶 变换 ,拉氏 变换等变换后的结果呢?

    时间,空间 定一个四元数, 质量作为迭代次数。

    力和能量只是 对这个系统的简化描述之一

  16. 242 一条馋猫

    那么,假如是空间三元数(i,j,k)与嵌套回数时间t又有什么分析结论呢?

  17. 243 一条馋猫

    Lorentz变换常用表示形式:
    w=\frac{1}{\sqrt_{1-u^2/c^2}}
    x'=w(x-ut),
    y'=y,
    z'=z,
    t'=w(t-ux/c^2).
    为了使光锥显现,令角度A为物速u与光速c的夹角,则有
    cscA=\frac{1}{\sqrt_{1-u^2/c^2}}
    x'=cscA(x-tcosA*c),
    y'=y,
    z'=z,
    t'=cscA(t-xcosA/c).

  18. 244 一条馋猫

    上述方程组的注释:
    时间轴指向:纵向i’,即物速u正方向;
    空间轴指向:横向1′.
    若存在一定义时空转换率r=sinA,则有
    1.当r=0时,物速u=c,即物速u与光速c共线或平行,空间轴1′与光速c正交;
    2.当r=1时,物速u=0,即物速u与光速c正交,空间轴1′与光速c共线或平行.

  19. 245 一条馋猫

    蝶话庄周
    庄周话鱼
    鱼蝶对话

  20. 246 谭理事

    221那个哈儿:
    空间的磁场的本质与“磁场力是磁场对电子的洛仑兹力的复合体现么”有P关系!你说的是磁场力,我说的是空间的本质。
    从电力系统的核心结构,变压器看,一边圈圈多,一边圈圈少。透过磁空间传输能量。磁力线是一个圈圈。最能提供空间的磁本质证明的就是交直流电网的对比。同样的大能量传输,直流电仅一条线就够了,而交流电要分裂电线,普通四分裂线,1000千伏特高压试验示范工程普通线路采用的是单相八分裂导线。

    在我看来,变化的电要生磁。交流电之所以要四分裂线八分裂线,就是给电生磁留空间,因为磁本身就是空间。交流电不给磁留空间,电力传输就要出问题。

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