这里之所以要先谈一下理解,就是因为理解不是一个纯粹的逻辑的结果。在讨论量子力学的时候,尤其如此。虽然我们可以只去讨论数学结构,但是这并不利于刚开始学习量子力学或者利用量子力学来进行研究的人。一个量子力学的专家,虽然会更轻松的利用量子力学来进行计算和思考,只是因为许多背景式的概念已经自动化的隐藏了。
而另一个原因,就是量子力学本身,的确是难以理解的。所以我们需要清楚一下,为什么我们难以理解量子力学。毫无疑问,这是因为在我们的感觉、知觉和经验中,缺少了理解量子力学的基础性的部分。我们从来看不到一个叫矩阵的东西,我们也不可能听到波函数的呼喊。那么这些奇异的概念究竟如何而来呢?
但是我们理解一个东西,必须要有个支架或者背景式的东西,因为我们就是这么思考问题的。所以对于量子力学来说,不管这个东西是什么,对不对,都是需要的。
当人类开始把图像画出来的时候,头脑中的图像,和外界的图像,形成了联系。外界的图像,不断地符号化,最终形成了语言。这对于人类来说,是极其重要的。我们不仅可以直接沟通一些复杂的事情,难以理解的细节,甚至可以记录下来,跨越空间和时间来进行沟通,这让人类拥有了难以想象的处理信息的能力。
人类大脑自发处理信息的能力是很有限的,把信息符号化,外界化,就相当于扩大了大脑的信息处理的内存和硬件。我们不再被大脑中处理信息的能力所限制,比如遗忘和注意力不集中。
这本身延长了信息处理的步骤,从外界的信号,变为大脑中的图像,在变为外界的抽象符号,这种一对一的映射,虽然变得繁琐,却也变得抽象,信息被极大的压缩了。所以好处是有的,坏处也是有的。处理的信息量增大了,但是也更容易出错了。
比如1+1=2,可能代表一头牛,加上一头牛,总共是两头牛。然后是2-1=1,刚开始是两头牛,拉走了一头牛,还剩一头牛。说的不是一个事情,但是我们会看到,这两个事情之间的数量关系,的确存在一种抽象的关联。于是做数学的,就认为,这是一回事。
比如物理学中的一个基本概念,就是质点。在经典考虑问题的时候,质点是讨论具体的问题被引入的,一个物体的尺度如果在讨论的问题中可以被忽略,就可以称为质点。所以质点是一个相对的理想概念,现实中并不存在。但是在讨论电子的大小的时候,这个概念就会成为一个绝对的概念,这是一个问题。在一些问题中,比如质子,我们的确看到了绝对的大小,而质子是由夸克等更加基本的粒子构成的。而像光子、电子这样的粒子,如果就是最基本的粒子,那么大小还有意义么?
我们很显然的会把以前经典的概念带入进来,如果没有在质子的尺度内测出光子和电子的大小,那么就应该在更小的尺度内测出来。
所以说,理解有一个语言的基础,这是必然的。但是这个语言的基础,和语言的形成本身有很大的关系。当量子力学出现以后,我们知道这个理论是关于微观世界的,但是微观世界是什么呢?我们其实不知道。我们没有直接理解微观世界的生物学基础,也没有理解它的语言基础。
我们直接观察到的外界,在尺度上是宏观的,然后我们的生物学基础是在进化中,和外界的适应中逐渐形成的,是用来处理更多的是宏观尺度,或者是光信号这样的量子尺度,但是我们无法意识到这种的情况下形成的。我们脑中的图像是宏观的。然后这种图像的符号化,也就是语言,在不知不觉中,也打上了宏观的烙印。
所以理解微观的世界,是一个奇怪的事情。
那么究竟是发生了什么,开始让我们理解微观了呢?这是因为技术的进步,的确可以让我们看到来自微观物理过程的信号。我们把这些信号理解成是来自微观的,并且尝试建立理论,来理解更多的细节。
人类有理解万物的好奇心,也喜欢建立理论来理解现象。近代科学的诞生和发展,就是这种好奇心不断推动的。如果建立的理论,的确可以来解释发现的现象,那么我们就相信这个理论。当更多的理论发展起来以后,我们就会尝试透过这些理论,去理解外界的真实性。
我们所建立的是一个理解的框架,我们希望这个框架是自洽的,有效的。而更为重要的,当实验变得越来越精细的时候,理论也是有效的。当然,我们现在知道,这几乎就是不可能的。
之所以谈理解的生物学的基础,和语言的基础,就是让学生意识到,微观世界和宏观世界根本就是不一样的,甚至一些直觉式的推理和思考可能都是有问题的。比如说,让尺度越来越小,就从宏观世界进入了微观世界,这是值得反思的。
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