人文课堂第十七课 进入未知的世界

“能力有限的人,怎么可以借助普通的观察方法,认识无限的世界”。

上节课讲到,科技的发展,让我们极大地扩展了我们的生物感观的范围。我们能够从多少亿年的范围,宏观上看宇宙,纵观这个生命的进化历程;也可以在微观上看宇宙,看到细胞间的细微沟通。当我们的感官完全超越了以后,我们发现了一些更加不可思议的东西。换言之,我们从一个常规的世界,进入到一个非常规的世界。人类自古以来,就很喜欢神秘的东西,然而到了近代科学出现后,我们才发现真正神秘的东西并非“妖魔鬼怪”,而是这个宇宙自身。

上节课讲到了,爱因斯坦发现了“相对论”爱因斯坦的公式 E=MC平方,能量=质量*光速的平方,爱因斯坦告诉我们,我们的直觉对于这个世界的认知是错误的。能力本身就是质量,光速【能量】和【质量】之间换算的汇率。【时间】和【空间】本身也是一体的,换算的汇率也是光速。在我们这个宇宙里,真正稳定的是【光速】,并不是质量,也不是能量,这完全颠覆了我们对于日常生活的认知。

爱因斯坦:广义相对论(研究宏观)

广义相对论最初是来自于对于“几何”的拷问,数学王子——高斯(德国人)曾经向测量一切的基础 “欧几里得几何”提出来严峻的挑战。

(假设宇宙只有三个维度)欧式几何的五条公理是:

1、任意两个可以通过一条直线连接。

2、任意线段能无限延长成一条直线。

3、给定任意线段,可以以其一个端点作为圆心,该线段作为半径作一个

4、所有直角全等

5、若两条直线都与第三条直线相交,并且在同一边的内角之和小于两个直角和,则这两条直线在这一边必定相交

第五条公理称为平行公理平行公设),可以导出下述命题:

通过一个不在直线上的点,有且仅有一条不与该直线相交的直线。

欧式几何的原理是建立在“长,宽,高”的三维空间内,而高斯认为,宇宙太宏伟了,它的运行规律可以非常复杂,不应该限定在“三维论”的规定里。“能力有限的人,怎么可以借助普通的观察方法,认识无限的世界”所以自高斯以后,人们对欧几里得几何提出了质疑。

特别是对平行公里推导出来的这条定律,高斯的弟子黎曼就用数学运算得出了不同的结论。

然而,作为三维空间的生物,是很难理解四维生物的。但我们可以降维理解,用二维与三维的例子来推导。黎曼就举了这样一个例子:

“假设,在二维的白纸上有一只虫子,这张纸是有褶皱的,虫子就会发现有些“神秘力量”阻碍它们走直线。但是这些“神秘的力量”并非力量,只是空间发生了扭曲。”

这只是黎曼在数学领域的质疑和思考,而爱因斯坦把其延展到了真实的世界。我们的宇宙就跟被揉皱了的白纸一样,是一个四维的空间,这个褶皱就是像虫子遇到的“一种奇异现象”,引力并非一种真正的力,而是一种结果,是时空弯曲导致的一种现象。这是意识上的重大跳跃,我们以前认为时空间是一种背景,但现在爱因斯坦告诉我们,时空间不是背景,而是一种东西,一种物质,可以弯曲,可以波动。我们不是在传统意义上的时空间里面,而是在一块巨大的“软糖”里面。就像鱼最晚发现水一样,是爱因斯坦让我们知道,其实我们是存在于一个东西里面,这个东西叫做——时空间。并且凡是有能量和质量的分布,时空间就会变形,表现出来就是时空间的不正常,我们一般感觉就是——引力。

但是如何验证爱因斯坦的理论呢?

1)引力可以改变空间

爱因斯坦提出了一个验证方法。在宇宙中,“光线”是始终走直线的,然而问题是,一条直线,在二维空间,三维空间以及四维空间里是不一样的。举例来说,就是平面(纸质的)一张世界地图,经线大部分都是弯曲的;立体(球形)的地球仪,你会发现,那些经线,是连接南极和北极点的线,其实是直线。

地球周边质量最大的是太阳,光线经过地球时,被太阳的引力给扭曲了。经过对日食的观测结果显示,在有太阳时看到的星空,跟没有太阳时看到的星空是不一样的,原因就是光线被太阳的引力扭曲了。印证了爱因斯坦的预测——时空间是弯曲的。

牛顿说:“光子是不受质量影响的”

爱因斯坦说:“光是受质量影响的”

说明这个引力并不来自于质量,而是来自空间本身的扭曲。光子没有质量,一样受到引力的改变。

2)引力可以改变时间

综上,时空间是一体的,大的质量会导致引力现象,改变空间。那么,会不会改变时间?

“上面的人时间过得快,下面的人时间过得慢。”所以在地球上,在高层的人比在低处的人衰老要快,只不过效应太慢,我们看不出来而已。

所以在宇宙里我们可以做时间穿越,引力可以改变时间。

爱因斯坦的这个伟大发现,让我们有了卫星,GPS。

20世纪的伟大发现:量子物理(研究微观)

相对论相对而言是研究宏观;量子物理是研究微观。微观的世界更加不可思议。

量子物理虽然是高科技,但它的发现跟工业革命有关。因为那是国家发展主要看“钢的产量”,为了冶炼出高质量的钢铁,人们就需要精确测量出炼钢炉里的温度。只有一个方法,观测炼钢炉里高温物体发出的波长,通过光波测量里面的温度。普朗克在总结这个光波与温度的对应规律时发现,光是一段一段的,一份一份的,而不是连续完整的。这在当时是不可思议的。当时人们认为能量是可以无限衰减的,光必须是波(在一个介质里的运动方式)。那么就想找到光的介质,但发现宇宙里没有光的介质,就是凭空穿越过来的。后来实验证明,光不仅是波也是粒子,而且必须是粒子。如果不是粒子,我们是看不到宇宙里的星空的。

那么光到底是波(一种运动现象)而是粒子(一种实体)呢?

爱因斯坦说,宏观世界里的分类不一定适合于微观世界,所以为什么一定要给光分类呢。可以说,存在“波粒二象性”。既是实体又是一种运动现象。

这种存在在宏观世界中找不到例子,所以很难理解。

但是在几百年前休谟就曾说过,“观点都来自于我们的经验,然而问题是大自然不需要跟从我们的经验。大自然可以自己设计一套理念,不需要听从我们的摆布。”


总之,相对论和量子物理给我们揭示了两个完全不同的宇宙。一个是弯曲的宇宙一切都是连续的,另一个是在平行空间内一切都是跳跃的。但是他们的逻辑完全不统一。如果统一两个理论,是今后科学家的课题。也给哲学提出了挑战:无法再依靠思维认识世界了。那么,哲学会有哪些用处和发展呢,下节课再讲。

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