海森堡的魔法,高山科学经典导读《物理学和哲学》

来源:太阳信息网 | 2023-10-23 15:13:43

2023年10月21日晚八点,科学传播公益项目“高山科学经典”邀请到了西湖大学理学院物理系讲席教授吴从军,清华大学科学史系教授王巍,央视财经记者张然,一起为大众导读海森堡著作《物理学和哲学》。

毫无疑问,量子理论是20世纪最伟大、最有颠覆性的科学理论之一。

其震撼和不可思议在于诸如“微粒的波粒二象性”、“量子测量的不确定性”、“量子态叠加”、“量子隧穿效应”、“量子纠缠”等无数新的现象和概念不断地刷新人们原有的认知,同时也引发了一系列关于物质实在、确定性和连续性、自由意志等哲学问题的讨论。

爱因斯坦、玻尔、薛定谔、玻恩等科学大家在开创革命性的物理学理论之外,也纷纷著书论述量子力学所引发的哲学问题。其中,高山科学经典曾导读了玻恩的《我这一代的物理学》,薛定谔的《自然与希腊人》《生命是什么》等经典书籍。

作为量子力学的主要奠基者之一,维尔纳·海森堡(Werner Heisenberg)是哥本哈根学派的主要代表人物。他24岁发明矩阵力学,提出著名的“不确定原理”,31岁即获得了诺贝尔物理学奖。在其著作《物理学和哲学》中,海森堡系统地阐述了量子理论哥本哈根学派的基本哲学观点。

“物理学研究物质和时空的原理,是一个严密的体系,具有保守性。”高山科学经典导读现场,吴从军教授对物理学整个行业的特点进行了描述,“‘保守’其实并不是贬义词,它的意思是注重传统传承。”

吴从军教授在高山科学经典导读现场

海森堡在《物理学和哲学》一书中系统地介绍了量子力学的发展史,其发轫于黑体辐射的普朗克公式,“普朗克是第一个引入量子概念的人。”吴从军教授在导读中介绍,“量子力学并不是从天上掉下来的,它是对经典力学进行的重新解释,在最大程度上保留了经典力学和电磁辐射理论的合理的部分,所以它具有保守性。”

但另外一方面,量子力学也是革命性的,“它是一个全新的力学体系,对我们的认知,甚至对我们的技术文明都产生了极大的影响。”

继普朗克公式之后,量子力学还经历原子光谱学的发展,后玻尔还提出了半经典半量子的旧量子论,“人们当时是在黑暗中摸着石头过河”,吴从军教授如此描述20世纪初的量子力学研究。

再过十几年,量子力学的发展轮到了海森堡出场。温伯格曾评价海森堡:“要么是智者,要么是魔法师……智者物理学家的论文通常不难理解——但魔法师物理学家的论文通常难以理解,从这个意义上说,海森堡1925年的论文纯粹是魔法。”海森堡根据其物理直觉和实证主义,让量子力学步入矩阵研究视角。

圆桌对谈嘉宾王巍教授认为:“比起量子力学时期其他的大物理学家,海森堡是一个彻底的革命者。”海森堡之后,物理学发生了非常大的认知革命。海森堡曾在其著作《必要的张力》讲科学研究要两方面保持一个张力,既要有收敛性,认真地做科学研究,不能天马行空,又要有开放性,在前人基础上有所创新。“用现在时髦的词来讲的话,就是‘守正创新’。”

1926年后,玻恩、约当、狄拉克和泡利等著名科学家在海森堡的研究基础上,让矩阵力学成型。

王巍教授在高山科学经典导读现场

在现代教科书里面的量子力学,其实是另外一种语言“波动力学”,也是对波和粒子的重新解释。吴从军教授在导读中介绍到,物质波有一个波动方程,即微分方程,俗称“薛定谔方程”,“是自牛顿以来物理学家最拿手的看家本领。”

“量子测量的不确定性”刷新了物理学家们乃至全人类的认知。对此,吴从军教授认为,“在量子力学里面,主观和客观的概念线已经模糊,也体现了它们之间的一个融合。”

哲学与科学是怎样一种关系?

主持人兼圆桌嘉宾张然老师在圆桌论坛时谈到,美国著名的物理学家费曼曾经有一个名言:“科学哲学对于科学家的作用,就像是鸟类学对于鸟类的作用。”民间也管它叫做科学无用论。但也有哲学家反过来怼费曼,说:“虽然费曼是一个大物理学家,获得过诺贝尔物理学奖,但他还是不如海森堡、爱因斯坦伟大。如果费曼肯好好学哲学,没准在物理学上成就会更大。”

张然老师在高山科学经典导读现场

对此,王巍教授回应道:“当我们讲哲学对科学的贡献时,这个哲学可能跟我们传统意义上理解的哲学会稍微不太一样。另外,如果按照库恩的讲法,假定科学发展分为科学革命和常规科学两类的话,在科学革命时期,做哲学概念分析就非常重要,在常规科学阶段,概念分析就相对不太重要。费曼的那个阶段,哲学概念分析就相对不那么重要。”

高山科学经典圆桌论坛现场

与科学家一起读好书,“高山科学经典”是一个由高山书院发起的公益科学传播项目。邀请百位知名科学家每周导读一本科学经典书籍,引领公众参与阅读的大型科学传播公益项目,旨在提升全民科学素养、培育科学精神、传播科学思想。期望在全民学科学的时代背景下,高山科学经典能在科学传播领域尽一份绵薄之力。

高山科学经典项目书单

高山科学经典的目标是,让科学精神通过书籍,跨越地域、阶层、年龄、民族的界限,传播到每个角落、每个人心中。希望科学成为一种生活方式。与科学家们跨界对谈,让科学更有趣。

高山科学经典世界读书日发布会现场

未来,“高山科学经典”项目将打造三大重点产品:出版《高山科学经典》系列丛书;开展线上导读直播;沉淀专业级科学导读视频节目。达到出版、传播、教育多重效应。开展全民科学阅读,共同推动“科学复兴”,提升全民族科学文化素质,实现“公心大用”。

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责任编辑:techtoutiao

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