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知识贫乏者的困惑——禅院“科学”系列批判之十八

    1900年12月14日,普朗克在德国物理学会议上公布了一个公式:
    E=hν
    这就是著名的普朗克关系式,这个公式的诞生,标志着一个新时代的来临;这一天被认为是量子力学的生日。随后20多年里,经过多位科学家的努力,一座美丽的量子论大厦,建立起来了。就像同时代建立的相对论类似,量子力学以其新颖的观点,优美的数学形式和对实验结果的准确预见,使得每一位得以进入量子世界的人感到惊喜赞叹。跟相对论一样,量子力学也对于传统观念产生了巨大冲击,不仅在科学上向人们提出了很多问题,同时也在哲学上带来很多的困惑。这些哲学上的困惑,有的是因为理论上的不完备所造成的,更多的则是外行提出来的在科学上看来不是问题的“问题”:
   
    物质归根结底到底由什么构成?亚原子世界到底是个什么样的世界,微观物质到底由粒子组成,还是由波构成?还是统统具有波粒二象性?而所谓的波到底是具体的波,还是抽象的波?如果是具体的波,象电磁波、声波、水纹波那样,它就不存在测不准的问题;如果是抽象的波,什么是抽象的波?抽象的波在现实世界如何起作用?(传道篇·量子力学的困惑)

    “归根结底”是一个形而上学的说法,这也正是不了解科学的人提出的最多的疑惑,它不是科学准备回答的问题。如果问:物质由什么构成?——回答是,(在科学发展的现阶段),物质是由分子构成,分子是由原子构成,原子是由电子和原子核构成,原子核是由核子(质子中子)构成,核子是由夸克构成。如果进一步问,夸克呢?是由什么构成的?现阶段只能回答,不知道。同样的对其它问题也是如此,要想知道现阶段对亚原子世界的科学认识,您就必须学习相关的知识,对一个数学程度不足小学5年级程度的人来说,试图了解这类问题,也只能借着一些科学普及性的通俗读物知道一点点,对其深入了解既无必要又无可能。
   
    作者都知道哪些“具体”的和“抽象”的波呢?具体的波——如机械波电磁波,其波幅的平方表示波的能量,而在量子力学的波动方程中,波幅的平方表示的是几率,是在某个范围里面找到粒子的可能性——这就是所谓“抽象的波”了。
   
    “抽象的波在现实世界如何起作用”——您说的“起作用”是什么意思?是对现实世界产生影响?还是对现实微观世界做解释?量子力学“抽象的波”也就是几率波具有十分明确的物理意义,对微观现象作出了十分准确明晰的解释,这能否认为是对“现实世界”起的“作用”呢?
   
    世界到底是确定的、必然的,还是随机的、偶然的,这又是量子力学给我们的一大困惑(同上)
   
    对于宏观世界来说,发生的大部分现象在某种程度上是确定的,经典的物理学理论足以对其作出合乎实际的解释;但是对于所谓的混沌现象,依然是不能给出确定性的答案。对于微观世界来说,大部分现象遵循量子力学规律——是对微观世界现象的某种解释,但是能否断言是“随机、偶然”的呢?这实在是一个很大的误解,尤其非专业人士,对量子力学的了解,几乎都是从科普通俗读物上得来的,再加上自己从日常生活经验里得到的模糊认识,愈发变得模糊起来。
   
    还是举个例子来说吧:最简单的一模型是,在一个两头封闭的细管中,有一个电子,我们想确定这个电子某一时刻在哪儿?或者进一步地,想确定这个电子此时的快慢。根据薛定谔方程,就能得到一个解,这个解告诉我们,电子的“确切”位置是没意义的,或者说,我们不能准确断定此时电子的位置在哪,或者说,电子的位置是偶然的不确定的;然而我们却能准确计算电子出现在任何位置的几率(几率是介于0——1之间的一个纯数,其值的大小表示可能性的大小)。也只有在这个意义上我们才能说,同一时刻电子有可能占据这细管内的每一位置。
   
    在宏观世界能否出现这样的现象呢?是不是禅院作者说的那样?——
   
    人是粒子的集合体,只要亚原子粒子可以同时出现在不同场合,那么,人当然也可以同时出现在几个不同的场合,也就是可以同时出现在不同的时空中(同上)
   
    当然不是。
   
    为什么?为什么“亚原子粒子可以‘同时’出现在不同场合”而由亚原子粒子组成的人却不可以?这是个好问题。
   
    按照量子力学的公式,粒子的波长为
   
    λ=h/mv
   
    式中h=6.63×10^-34(J·s)为普朗克恒量,m是粒子的质量,v是粒子的速度。对于一个以10^4m/s(每秒通过一万米的距离)的速度运动的电子,其质量为m=9.1×10^-31Kg,代入上述公式解得电子波长λ=10^-7(m)=100纳米。用晶格作为衍射光栅就能测定其波长,测定的结果与理论计算结果一致。这表明,低速的亚原子粒子其波动性表现得比较显著,粒子性则不那么显著。因此在这种情况下,的确可以说这个电子同一时刻可以(几率)“出现”在不同的场合。
   
    然而用同样的公式来计算一个人的“波长”是多大呢?假定禅院作者的质量是70千克,平均步行1秒走4米远,那么他的波长约为2.4×10^-36米,这是一个小的可笑的“长度”,这个长度的一千亿倍不过只有一个质子的直径那么大!这表明,对于宏观物体,其“波动性”完全可以忽略不计,微观世界的量子力学过渡到宏观世界的经典力学。
   
    将宏观世界的客体行为分解还原为这个组成这个客体的微观部分的行为之和,是一种机械的荒谬的推理。举例说吧,禅院作者的大脑具有思维能力——这是一种整体性的行为功能;那么能否据此推断,大脑里的每个细胞都具有思维能力呢?进一步地能否说组成这个细胞的每一个“亚原子粒子”也都具有思维能力呢?禅院作者大概就是这么认为的——这是荒唐的结论。又比如,人是有自由意志的,但是能否说组成人的各个部分如人的一根头发也具有自由意志?答案同样是否定的!这种思维方式才是最典型的初级思维:一堆谷子是由N个谷粒组成的,拿掉其中一个谷粒,谷堆还是谷堆,拿掉两个呢?还是;拿掉三个呢?还是:……拿掉N-1个呢还是“谷堆”吗?这说明了什么?——整体行为绝不能由组成这个整体的部分来解释!当量变达到某个临界点的时候,质变就发生了。在某些人的思想里,世界好像只能发生量的变化而不知道质的变化,存在这种机械认识论观点的如禅院作者,产生这样的困惑不足为奇,他的困惑不是科学的困惑,而是囿于贫乏的知识结构导致的。
   
    在《量子力学的困惑》结束的地方,作者宣称:
   
    我自信而骄傲的是,以上这些困惑在我这里都有答案
   
    对于这个结论,我有充分的理由感到怀疑,从所提出的问题就足以断定,作者根本不具备讨论科学问题的基本素养,因此这个“骄傲的自信”在我看实在是一个小笑话:犹如骑着自行车试图登月一般的可笑。

此文于2008年06月25日做了修改

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