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Physics

物理学(古希腊语:Φύσις,自然)是研究物质、能量的本质与性质的自然科学。

Why

罗胖60秒:为什么那么多人喜欢物理,痛恨化学

  1. 昨天看到一篇文章,说了一个有意思的现象:中国人往往痛恨化学,但是热爱物理。此话怎讲?

  2. 恨化学,是因为它改变了所谓天然的东西。比如,我们喜欢柴鸡、土鸡、走地鸡,不喜欢人工饲养鸡。不管是食品,还是药品、化妆品,我们就是喜欢纯天然无添加的一切。

  3. 但是物理就不一样了。物理学新名词,往往会被中国人改成养生法宝,比如磁疗、红外、纳米、量子等。

  4. 哎,同样是现代科学,为啥很多中国人厚此薄彼呢?我琢磨了一下,觉得原因很简单:他们把身体当成了一道围墙。

为了改变自己的内部状况,他们愿意仰仗一切鬼怪神灵和听不懂的东西。但是这些鬼怪神灵不可以进到围墙里面,成为自己的一部分。他们并不是喜欢物理、痛恨化学,这和科学无关。他们只是又要改变,但是又要守住围墙而已。

What

洞察:物理技术和社会技术

《财富的起源》(The Original of Wealth)的作者,思想家艾瑞克·班哈克(Eric Beinhocker)把技术分为两种:物理技术和社会技术。物理技术指的是如石器、蒸汽机、芯片等技术;社会技术指的是像货币、法律、工厂、联合国这样的发明。

班哈克说:“ 社会技术是我们用以获取合作益处的组织方式。物理技术会和社会技术一起进化,而且物理技术的创新,将会使新的社会技术得以诞生,就像化石燃料技术使量产模式得以问世,或者智能手机使共享经济模式得以建立。反之亦然,社会技术也将使新的物理技术得以诞生,例如,如果没有全球供应链,乔布斯也没办法打造出智能手机。”

但是,物理技术和社会技术的发展速度会出现不同步的现象,“ 物理技术以科学的速度演进,发展快速,而且越来越显著加快。社会技术则是以人们能够改变的速度演进,发展速度要慢许多。物理技术的变化创造出许多新奇事物、新的装置,以及更好的新药物,但社会技术的变化却往往形成巨大的社会压力与动荡。此外,物理技术的发展可能超越我们发展相关配套社会技术的能力,以至于我们无法妥善管理、规范这些新科技的运用,比如核扩散、生物恐怖主义、网络犯罪等,都是目前发生的一些例子。物理技术发展不会减缓下来,摩尔定律将会胜出,因此我们现在正在努力追赶,试图让社会技术的发展跟上脚步。我们必须更深入了解个人心理、组织、制度及社会的运作方式,找到方法加速它们的调试力,让它们好好跟着进化。”

人类现在经历的众多对科技的不适,其实都是物理技术和社会技术不同步产生的结果。比如,物理技术让每个人都可以自由地在互联网上发布内容,但是社会技术却没有形成有效地鉴别假新闻的机制;物理技术可以让司机变成自由职业者,通过优步和滴滴赚钱,但社会技术没有能发展出保护这些自由职业者的机制等等。

哪种知识最可靠?


万维钢

《基督山伯爵》中有一个情节,读来真是让人无比神往。

主人公爱德蒙·唐泰斯被人陷害关进伊夫堡监狱,万念俱灰之下,偶遇一位世外高人,神甫亚伯·法利亚。唐泰斯立即被神甫的博学所折服,而神甫闲着也是闲着,竟决定用两年的时间,把自己平生所学都传授给唐泰斯。

神甫的学问包括数学、物理和三四种当代语言。从唐泰斯出狱后算无遗策的表现来看,也许他还跟神甫学到了商业、法律、历史和政治。这些知识比中国武侠小说中的武功秘籍厉害得多,让唐泰斯脱胎换骨,简直凡是有用的他都会。

谁不想拥有这样的学问?

可惜真实世界不是小说。就算现在有一本书,其中包括了人类目前所知的所有有用的知识,而你真的能在两年的时间内把这本书中的知识融会贯通、运用自如,你出山后也会遇到麻烦。

你会发现原来书中有些知识竟然不好使。原来吃大蒜不能降低胆固醇,维生素E不能预防冠心病,全球变暖并未导致巨大的灾难,金融危机却还是发生了。

人类所知非常有限,哪怕是最好的学者花了很多钱做的很好的研究,也可能是错的。科学的最大价值并不在于固定的知识,而在于获得这些知识的研究方法。

话虽如此,我们总不能把什么知识都自己研究验证一番。那么面对“专家”说的各种知识,我们到底应该信什么,怀疑什么呢?

任何数学知识都绝对正确,不容置疑。这是因为数学研究的并不是我们生活的这个真实世界,而是一个纯粹由逻辑构成的、抽象的世界。在数学的世界里只要你定义清楚,只要你明确指出你承认哪些公理,只要你的推导过程符合规则,那么你证明了的定理,就永远都不可能被推翻。我们甚至可以进一步说,凡是出发点正确而又是用逻辑推导出来的知识,就必定是正确的。

物理学的某些知识有可能是错的。这是因为物理理论并非完全是逻辑推导和数学计算出来的,而是建立在实验的基础之上。我们手里没有这个世界的设计蓝图,一切只能摸索,猜错了非常正常。

虽然如此,现代物理学已经非常完备,它所需要的外部输入已经极其有限,剩下的都可以直接推算出来,所以物理相当可靠。比如任何物理理论都要求所有东西的速度不能超过光速,然而前几年物理学家差点“发现”中微子的速度可以超光速!结果事后证明是个乌龙。如果有不是物理学家的人敢说他发现了一个物理学的错误,那几乎可以肯定是他错了。

化学、电子工程和机械工程等等,虽然本质上都是建立在数学和物理的基础之上,但是涉及到的因素非常复杂而很难做直接的计算,需要更多实验获得的参数。某些参数可能适用于这种环境而不适用于那种环境,这会给工程知识带来一些不确定性,不过仍然比较可靠。

到了生物和医学领域,因为整个系统变得越来越复杂,用数学推导已经变得不可能,我们只能几乎完全依赖实验。而面对这么复杂的系统,任何实验本质上都是盲人摸象。有些实验方法,比如说针对医药的大规模随机实验,得出的结论可能更可信。但总体而言,这些领域的知识的可靠程度跟物理、化学和工程不可同日而语。

等到进入经济学、心理学和政治学这些领域,那可靠性就更低了。大多数经济学模型已经简化到几乎没用的程度,相当多的心理学研究论文根本无法重复,至于政治学?在很多问题上学者们连起码的共识都没有。

然而这些最不可靠的知识也是我们在日常生活中最有用的知识。到底该买哪个股票?小孩不听话怎么办?明知专家的建议不一定好使,还是得硬着头皮上。

但是作为聪明人,我们至少可以做到两点!

第一,既然专家的建议不一定好使,我们就千万不要执着于使用某一个特定的理论去做事,最好都抱着试试看的态度,这个理论不行就换另一个理论。

第二,如果有人像个神甫一样说他身怀宇宙真理般的理论,充满自信,最好别理他。

本文由作者 万维钢 授权罗辑思维发布。

罗胖曰
越是文科的学问,就越是不可靠的知识?
对。其实我也这么想。
不过,人类求知永远有两个目的——

  1. 确切的知识。
  2. 一个让我们暂时安心的解释。文科知识大体属于这个范畴。
    其实,后者也功莫大焉。

物理学步入禅境:缘起性空

2016-07-21 朱清时 罗辑思维

物理学步入禅境:缘起性空 二十世纪是人类历史上一个有趣的时期,这个时期的人类一面尽情地享受着自然科学创造的巨大物质财富:核能、镭射、电子技术等等,一面却不了解甚至不接受它的一些基本观念。

其实这些观念有大量严谨的科学根据,不过真正懂得它们的人太少,因此没有被人们重视和接受。下面这则消息就说明了这种状况:

(中新网)北京8月19日消息:霍金在昨天的科普报告过程中只赢得了两三次掌声,全场几乎没有会心的笑——他的理论太玄奥,以至于大多数来自北大、清华的学子都说没太听懂。据北京晨报报道,昨天下午,北京国际会议中心排起数百米的长队。门口有人私下兜售门票——最少500元一张。询问退票的人也不少,大家都期待着一睹霍金风采。但两个小时的公众科普报告尚未结束,已有人提前退场——实在听不懂。

霍金这次讲的《宇宙的起源》,其基础是当代自然科学的最新成就——弦论。真正懂得这个理论的人,都会产生一种强烈的敬畏、惊讶和震撼感。

本文尝试用大家听得懂的语言,大致解说一下弦论的主要概念,以期让读者体会些许的敬畏和震撼,并一窥宇宙的奥秘。

我们从当代著名的哲学家施太格缪勒在《当代哲学主流》一书中写的一段名言开始。他写道:

“未来世代的人们有一天会问:二十世纪的失误是什么呢?对这个问题他们会回答说:在二十世纪,一方面唯物主义哲学(它把物质说成是唯一真正的实在)不仅在世界上许多国家成为现行官方世界观的组成部分,而且即使在西方哲学中,譬如在所谓身心讨论的范围内,也常常处于支配地位。但是另一方面,恰恰是这个物质概念始终是使这个世纪的科学感到最困难、最难解决和最难理解的概念。”

这就是说,一方面以“唯物主义”为标记的哲学广为流行,而另一方面“物质”究竟是什么?却又说不清。施太格缪勒正是在这里看到了“二十世纪的失误”。

你可能会问,究竟什么是物质?它为什么是科学感到最困难、最难解决和最难理解的概念?

早在古希腊时代,原子论者就猜想,物质是构成宇宙的永恒的砖块,万物从它所出,最后又复归于它,它不生不灭,不增不减,是世界过程绝对同一的起点和终点。物质作为普通的、不变的东西,必然是绝对的实体和基质。实体者,“实实在在”的客体之谓也。物质及其性质必须独立于人类的意识而存在是客观的实体。

后来,以牛顿力学为基础的经典物理学,继承了上述古代原子论的观点,把物质归结为具有某些绝对不变属性的质点的集合。质点概念本来是对作整体运动的固体的一种抽象,但它在液体、气体乃至热现象中的应用也获得了成功。对于所有这些能够具有机械运动的物质形态,物理学称之为实物。在当时的自然哲学中,又称之为实体。把物质归结为物体,进而把物质看成实体,这同质量在牛顿力学中的特殊地位和作用有关。牛顿之所以把质量定义为“物质多少”的量度,就是因为在任何机械运动过程中,乃至在化学反应中,质量始终如一。质量被理所当然地看成是物质本身所绝对固有的,被看成物质不灭或实体不变原理的具体表现。

以牛顿力学为代表的经典物理学在十九世纪末所取得的巨大成功,使得认为物质是绝对实体的唯物主义成了在二十世纪处于支配地位的哲学,正如前面引用的施太格缪勒的名言所讲到的。

然而,二十世纪爱因斯坦发明的相对论开始揭示出了物质的实体观的谬误。

首先,相对论证明质量与速度有关,同一个物体,相对于不同的参考系,其质量就有不同的值。

想像一个在推一辆没有任何阻力的小板车,只要持续推它,速度就会越来越快,但随着时间的推移,它的质量也越来越大,起初像车上堆满了木柴,然后好像是装着钢铁,最后好像是装着一个地球……当小板车达到光速时,整个宇宙好像都装在了它上面——它的质量达到无穷大。这时,无论施加多大力,它也不能运动得再快一些。

当物体运动接近光速时,不断地对物体施加能量,可物体速度的增加越来越难,那施加的能量去哪儿了呢?其实能量并没有消失,而是转化为了质量。爱因斯坦在说明物体的质量与能量之间的相互转化关系时,提出了著名的质能方程:能量等于质量乘以光速的平方。不久后科学家们发现了核裂变和链式反应,把部分质量变成巨大能量释放出来。现在知道原子弹的人,都相信质量可以转化成能量。

既然质量不再是不变的属性,那种认为质量是物质多少的量度的概念就失去了意义。既然物质与能量是可以相互转化的,能量并非“实体”,物质也就不能再被看作是实体。

与此同时,科学家对物质结构的认识也迅速深入发展。

在二十世纪30年代以前,经典物理学一直认为:物质是由分子构成的,分子是由原子构成的。原子是组成物质的最小“砖块”。

1932年,科学家经过研究证实:原子是由电子、中子和质子组成的。以后,科学家们把比原子核次一级的小粒子,如质子、中子等看作是物质微观结构的第三个层次,统称为基本粒子。1964年,美国物理学家马雷盖尔曼大胆地提出新理论:质子和中子并非是最基本的颗粒,它们是由一种更微小的东西——夸克构成的。为了寻找夸克,全世界优秀的物理学家奋斗了20年,虽然一些实验现象证实了夸克的存在,然而单个的夸克至今未找到,人们始终不识庐山真面目。对此,粒子学家们的解释是:夸克是极不稳定的、寿命极短的粒子,它只能在束缚态内稳定存在,而不能单个存在。

不仅如此,迄今人们所知道的300多种基本粒子中,除少数寿命特别长的稳定粒子,如光子、中微子、电子和质子外,其他都是瞬息即逝的,也就是说,它们往往在诞生的瞬间就已夭折。

例如,通过弱相互作用衰变的粒子有20余种。其中,π±介子的寿命大致为2.6×10-8秒,即π±介子经过一亿分之一秒就衰变成了其他粒子。通过电磁相互作用衰变的粒子共两种,它们的寿命就要短得多了。π°介子的寿命是0.84×10-16秒,η介子的寿命是3×10-19秒。比起π±介子来,它们的寿命竟分别要短8~11个数量级。寿命最短的,则要算通过强相互作用衰变的“共振态粒子”(如△粒子、∑粒子等)。

它们的伙伴特别多,占基本粒子家族成员的一半以上,共200多种。它们的寿命之短达到了惊人的地步,以至于人们很难用确切的形容词来描述它们的衰变过程;粒子物理学家即使利用最优的实验手段也已无法直接测量它们,而只能用间接的方法推算出它们的寿命。它们只能生活一千万亿亿分之一秒左右,即寿命大致是10-28秒。

为什么绝大多数基本粒子都如此短命?如何理解我们的物质世界就是建立在这些瞬息即逝的“砖块”上?

在二十世纪的后期,物理学的一个前沿领域——弦论的发展又使我们对物质的看法更进了一步。什么是弦论呢?

爱因斯坦在后半生中,一直在寻找统一场论,即一个能在单独的包罗万象的数学框架下描写自然界所有力的理论。他渴望以前人从未成功达到过的清晰来揭示宇宙活动的奥秘,由此而展示的自然界的动人美丽和优雅。

爱因斯坦未能实现他的梦,因为当时人们还不知道自然界的许多基本特征。但在他去世以后的半个世纪中,人们已构筑起越来越完整的有关自然界的理论。如今,相当一部分物理学家相信他们终于发现了一个框架,有可能把这些知识缝合成一个无缝的整体——一个单一的理论,一个能描述一切现象的理论,这就是弦论。它正在实现当年爱因斯坦满怀热情追求的统一理论的理想。

弦论可以用来描述引力和所有基本粒子。它的一个基本观点就是自然界的基本单元,如电子、光子、中微子和夸克等等,看起来像粒子,实际上都是很小很小的一维的弦的不同振动模式。正如小提琴上的弦,弦理论中的宇宙弦(我们把弦论中的弦称作宇宙弦,以免与普通的弦混淆)可以作某些模式的振动。每种振动模式都对应有特殊的共振频率和波长。小提琴弦的一个共振频率对应于一个音阶,而宇宙弦的不同频率的振动对应于不同的质量和能量。所有的基本粒子,如电子、光子、中微子和夸克等等,都是宇宙弦的不同振动模式或振动激发态。每条宇宙弦的典型尺度约为长度的基本单位,即普朗克长度(10-33厘米)。

简言之,如果把宇宙看作是由宇宙弦组成的大海,那么基本粒子就像是水中的泡沫,它们不断在产生,也不断在湮灭。我们现实的物质世界,其实是宇宙弦演奏的一曲壮丽的交响乐!

有人会说,把物质世界看是宇宙弦演奏的一曲交响乐,不正是与物质的对立面——意识有些相同了吗?是的。按照当前流行的观点,意识是完全基于物质基础(我们的脑)而存在,但意识不是一种具体的物质实在,因为没有人在进行脑科手术时在颅骨内发现过任何有形的“意识”的存在。我们都知道贝多芬的交响乐,可以用一套乐器把它们演奏出来。但这套乐器本身并不是交响乐。意识是大脑演奏的交响乐。这个图像为理解“心物一元”,即意识和物质的统一,开辟了新途径。

有人还可能说,无论宇宙弦多小,无论人们能否观察到它们,宇宙弦总归是客观实在,它们是组成物质世界的基本单元,因此物质世界也应该是客观实在。此话不准确。组成物质世界的基本单元是宇宙弦的各种可能的振动态,而不是宇宙弦自身,就像组成交响乐的基本单元是乐器上发出的每一个音符,而不是乐器自身一样。

在弦论之前,物质的实在性体现在组成客观世界的砖块是上百种原子,这些原子都是由质子、中子和电子等基本粒子组成。这些基本粒子都被当作是物质实体,都是组成物质世界的“超级砖块”,因而可以把物质世界看作是物质实体。

在弦论之中,情况发生了根本变化。过去认为是组成客观世界的砖块的基本粒子,现在都是宇宙弦上的各种“音符”。多种多样的物质世界,真的成了“一切有为法,如梦幻泡影,如露亦如电,应作如是观。(《金刚经》)”物理学到此已进入了“自性本空”的境界!

有人会想,天啊!物质都不是客观实在了,那么世界上还有什么东西是实在的吗?回答是,有的。事物之间的关系就是实在的。我们根据二十世纪自然科学的进展,可以用关系实在来取代绝对的物质实体,即主张事物不是孤立的、由固有质构成的实体,而是多种潜在因素缘起、显现的结果。每一存有者都以他物为根据,是一系列潜在因素结合生成的。“现象、实在和存有被限定在一组本质上不可分离的关系结构中”。

哲学家们在论述“关系实在”时使用的哲学辞汇对你可能生涩难懂,我们还是用例子来解说。

我们看见一束红光,这是一个事件,是一个“果”。这个果是由多种因缘聚合而产生的。

首先是光的波长值,这是“第一性质”,这类性质还有如物体的广延性等,是物体自身内在所固有,它既不依赖于观察者,也不依赖它物,也就是说,它是无对而自行确立的。我们把这些第一性质又称为“因”。

其次,我们还需要具备一些其他条件,如眼睛正好睁开,没有色盲,往正确方向看,以及眼与光源之间无障凝物,等等。我们把这些条件称为“关系参量”,又称为“缘”。这些因缘聚合产生了红光这个果。“红色”这类颜色性质是“第二类性质”,其存在至少部分地依赖于观察者。“关系实在论”就是说,关系参量是不可消除的,没有它们,就不会有“看见红光”这个果,因而是实在的。

再举一个更清楚的例子。

要得到一颗苹果树,首先要有一粒苹果的种子,这是“因”。但是单靠这粒种子也不会长成一棵苹果树,比如把种子放在仓库里,无论放多久也不会长出树来,所以单有因是结不出果的。一定要将种子放在土壤中,并且要有适当的水分、阳光、温度、肥料等等的配合,种子才会发芽长大,最后长成一棵苹果树,结出苹果来。这里的土壤、水分、阳光、温度、肥料等等,就是“缘”。所以“因”一定要配合适当的“缘”,在因缘和合之下,才能生出果来。

缘是许多的配合条件。缘有好缘,也有不好的(“恶”)缘。因此即使是同样的种子,结出的果也就很不相同了。比如,把种子放进贫瘠的泥土里,或者施肥不够,苹果树必然长得不大,结出的苹果也不会好吃。假如把种子放在肥沃的土壤中,加上细心照料,结出的果实就会香甜好吃。

由此可见,同样的因遇到不同的缘,结出的果便会很不相同。同时,由于缘是由很多条件配合而成的,所以缘会不停地变化着。既然缘会影响果,而缘又在那么多条件配合下产生作用,假如某个条件改变了,甚至消失了,那么果便可能不再存在。在苹果的例子中,如果天旱缺水,苹果树便会因之枯萎。所以当因缘散尽之时,果就会灭。换句话说:“因缘和合而生,因缘散尽而灭。”

有的读者可能已经发现,以上这些关于苹果的文字,是转述潘宗光《佛教与人生》一书有关缘起法内容。所谓“关系”者,“缘”也,“关系实在论”其实与佛学缘起说的基本思想一致。

总之,在二十一世纪开始的时候,以弦论为代表的物理学真正步入缘起性空的禅境了。回头再看一下本文起头的那则消息,不难明白为何人们难以听懂霍金的那么生动的报告,原因就是物质是实体的观念在人们的心中太执着了!

佛学认为物质世界的本质就是缘起性空。藏识海(又名如来海)是宇宙的本体。物质世界的万事万物都是风缘引起的海上波涛,换言之,物质世界就是风缘吹奏宇宙本体产生的交响乐。

《入楞伽经》云:“譬如巨海浪。斯由猛风起。洪流鼓冥壑。无有断绝时。藏识海常住。境界风所动。种种诸识浪。腾跃而转生。”

这句偈语说:譬如一个大海,风平浪静,澄然湛寂,当阵阵烈风吹来时,使平静的大海,生起重重无尽的浪波,从此便如万壑怒号,天地晦冥,再没有停息澄清的时候了。宇宙的本体——藏识海(如来海)本是澄然湛寂,随缘常住而不变的。因内外境风的吹荡,便使寂然清净的本体,随变为浪潮起伏,跟着生起前面七识的种种作用。由此波浪互相撞击,奔腾澎湃,便转生一切境界,而无有止境了。

青赤种种色。珂乳及石蜜。淡味众华果。日月与光明。非异非不异。海水起波浪。七识亦如是。心俱和合生。

这句偈语说:须知世间种种色相,乃至如地下的矿物,林中的植物,与天上的日月光华等等,追溯根源,也都是由如来藏识一体的变相。这些物体和藏识,在本质上并非相异,可是当它们形成为万物之后,却不能说与心识的作用是无异的了。譬如海水既然转变成为波浪,波浪的形式与作用,和整个的海水便不同了;可是波浪的根本,还是由海水所转变而来的。由物的方面来说,万类的分齐差别(分化和归类)也都是从此一体所化生。由心的方面来说,七种识的分别作用,也都是由如来藏识所转生。又因心与物的和合,发生世间种种事情,于是本来澄清的识海,便永无宁日了。(按:青赤等种种物色,是指眼根色尘的对象。珂珮是指耳根声尘的对象。乳及石蜜,是指鼻根香尘的对象。淡味众华果,是指舌根味尘的对象。日月与光明,是指身根触尘的对象。)。

这里海水与波浪的关系,正是弦与音乐的关系。它们也正是物质世界与宇宙本体的关系。当我弄懂了这个道理的时候,心里充满了敬畏和震撼。读到这里,你可能感到:“科学家千辛万苦爬到山顶时,佛学大师已经在此等候多时了!”

【船子和尚】有偈颂曰:千尺丝纶直下垂,一波才动万波随。夜静水寒鱼不食,满船空载月明归。

【天真师】有偈颂曰:碧海青天空山清,叶黄花落枝头空。一声啼唱幽林破,昨日黄雀今又鸣。 

本文系中国科大前校长、中国科学院院士、现南方科大校长 朱清时 演讲实录。

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洞察:物理技术和社会技术

《财富的起源》(The Original of Wealth)的作者,思想家艾瑞克·班哈克(Eric Beinhocker)把技术分为两种:物理技术和社会技术。物理技术指的是如石器、蒸汽机、芯片等技术;社会技术指的是像货币、法律、工厂、联合国这样的发明。

班哈克说:“ 社会技术是我们用以获取合作益处的组织方式。物理技术会和社会技术一起进化,而且物理技术的创新,将会使新的社会技术得以诞生,就像化石燃料技术使量产模式得以问世,或者智能手机使共享经济模式得以建立。反之亦然,社会技术也将使新的物理技术得以诞生,例如,如果没有全球供应链,乔布斯也没办法打造出智能手机。”

但是,物理技术和社会技术的发展速度会出现不同步的现象,“ 物理技术以科学的速度演进,发展快速,而且越来越显著加快。社会技术则是以人们能够改变的速度演进,发展速度要慢许多。物理技术的变化创造出许多新奇事物、新的装置,以及更好的新药物,但社会技术的变化却往往形成巨大的社会压力与动荡。此外,物理技术的发展可能超越我们发展相关配套社会技术的能力,以至于我们无法妥善管理、规范这些新科技的运用,比如核扩散、生物恐怖主义、网络犯罪等,都是目前发生的一些例子。物理技术发展不会减缓下来,摩尔定律将会胜出,因此我们现在正在努力追赶,试图让社会技术的发展跟上脚步。我们必须更深入了解个人心理、组织、制度及社会的运作方式,找到方法加速它们的调试力,让它们好好跟着进化。”

人类现在经历的众多对科技的不适,其实都是物理技术和社会技术不同步产生的结果。比如,物理技术让每个人都可以自由地在互联网上发布内容,但是社会技术却没有形成有效地鉴别假新闻的机制;物理技术可以让司机变成自由职业者,通过优步和滴滴赚钱,但社会技术没有能发展出保护这些自由职业者的机制等等。

让物理学家头痛的日常小问题

最近,著名的《新科学家》杂志选出了困扰物理学家的十大世界难题,其中3个是你平时都能见到的,但你绝对想不到,它们居然能把世界上最聪明的脑袋都给难住。

第一个问题,玻璃为什么是固体呢?我们知道,所有的固体,比如钢铁,它们的分子结构是很规则的,所以坚硬。但玻璃的分子结构是杂乱无章的,跟液体一样,也就是说,玻璃其实是液体,但是究竟发生了什么,让它能跟固体一样坚硬呢?

第二个问题是,冰为什么这么滑?之前物理学家认为,这是因为冰表面有一层非常薄的水分子,但是,最新的研究却发现,冰表面的分子,既不是液态的,也不是固态的,甚至都不是气态的,而是一种全新的状态,它有点像磁悬浮,把一层分子悬浮在冰面上,所以摩擦力很小,但究竟为什么,物理学家也没整明白。

第三个问题是,自行车为什么能在骑行的过程中不倒?看起来这个问题很简单,不就是受力平衡嘛,但至今,物理学家都不能够用一个简洁的方程式来说明这个受力是怎么平衡的。这个问题看起来很小,但是在很多工程学的领域,它都是一个大问题,

所以你看,我们日常最普通的问题,物理学家都还没有找到答案,世界比我们想象的要复杂的多。

物理新发现:没有反粒子的粒子

7月21日,斯坦福大学华裔教授张首晟及其团队在《科学》杂志上发表了一项重大研究发现。在整个物理学界经过了80年的探索之后,他们终于发现了马约拉那(Majorana)费米子的存在。这一发现,验证了由意大利理论物理学家马约拉那在80年前提出的预测——存在一类没有反粒子的粒子。

在哲学领域,东西方哲学家都抱着共同的看法,人类生活在一个充满正反对立的世界,事物都有它相反的事物或相反的一面,有正数也有负数,有阴必有阳,有善必有恶,有天使必有魔鬼。而宇宙中,有粒子必有反粒子也被认为是绝对真理。然而,1937年,意大利物理学家埃托雷·马约拉那(Ettore Majorana)在他的论文里大胆预测,没有反粒子的粒子也是存在的,这个预测最终被张首晟及其团队的研究证实。在物理学领域,构成物质的最小、最基本的单位被称为“基本粒子”。它们是在不改变物质属性前提下的最小体积物质,也是组成各种各样物体的基础。而费米子正是基本粒子中的一种。

这项研究发现在物理学领域有重大的理论意义,我们对量子物理世界的认识又进了一步。然而它不同于其他的基础研究,它也有重要的应用价值:让量子计算成为现实。量子计算将会让现有的计算机计算速度成倍提升。假设,如果给出一个很大的数字,问这个数字能否拆成两个数字的乘积,那么现有计算机只能用穷举法逐一尝试整除计算,而量子计算机可以利用更小、更稳定的马约拉那费米子的特性,在一瞬间同时完成所有可能项的测算。

姆潘巴现象

1963年,坦桑尼亚的一个高中上烹饪课,学生们做冰淇淋。

一个叫做姆潘巴(Erasto Mpemba)的学生,发现了一个奇怪的现象。两个装有相同体积水的容器,一个是35°C,另一个是100°C,同时放进冰箱,竟然是100°C的水首先开始结冰。也就是说,温度高的水会更快结冰,这是为什么?

物理老师也不知道这是怎么回事,就把这个结果发表出来。这引起物理学界的争论,科学家也无法解释,就把它称为”姆潘巴现象”。

2012年,英国皇家化学学会举行了一场竞赛,征集论文,对姆潘巴现象进行解释。共有22,000人参加,获胜者提出了两种解释。
(1)过冷(Supercooling)。低温液体会在一定时间内存在过冷现象,低于凝固点仍维持液体。
(2)对流。温度高的液体有更高的对流,有利于散热。

Reference

  1. 抢鲜丨卓老板解读诺贝尔奖-1
  2. 抢鲜丨卓老板聊诺奖2-物理学
  3. 抢鲜丨卓老板聊诺奖3-化学
  4. 罗胖精选 | 2018年诺贝尔物理学奖解读
  5. 物理学书单

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