物理学与哲学之间长期而艰苦的关系

大约一年前,几位著名的物理学家聚在一起,公开讨论了所谓的“模拟假说”(Simulation Hypothesis),这是一个哲学思想,即我们整个宇宙可能仅仅是位于某些高级生物硬盘上的虚拟结构。

主持人尼尔·德格拉斯·泰森(Neil deGrasse Tyson)固然是计算机怪才的“如果我们所知道的一切只是个梦想怎么办?”,显然是该假设的粉丝,给出了50-50的正确率。 现在,宇宙是一个陌生的地方,泰森是其崇高和神秘本质的拥护者。 但是,这位著名的天体物理学家根本无法进行这种下注是有点奇怪的。 早在2010年,他就提出20世纪物理学的发现-量子力学和广义相对论-远远超出了理性人对现实的真实本性的想象范围,从而使扶手椅哲学彻底过时了。

泰森不是唯一一个对哲学nose之以鼻的科学家。 宇宙学家斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)等人发出了更多有声有色的攻击,他在2012年的书中指出“哲学已经死了。”物理学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)同年也参与了一些备受瞩目的哲学抨击。 令人遗憾的是,否则有思想的人会感到有必要放弃整个人类探究领域,尤其是考虑到这种反感并不总是如此普遍。 爱因斯坦(Albert Einstein)认为哲学是其教育培训的重要组成部分,他在1944年写信给一位朋友,他说:“在我看来,哲学见识所创造的独立性是区分纯手工匠或专家与真正追求真理的标志。”

在过去的100年中的大部分时间里,物理学和哲学之间的关系通常只在肥皂剧中才能看到。 这两个领域在20世纪初期非常接近,但在第二次世界大战之后相隔了十年甚至更长的时间才发展起来,但后来又相互发现,然后逆转。 近年来,尽管有上述杰出科学家的评论,但许多杰出的物理学家再次开始将哲学思想作为其工作不可或缺的一部分。 诸如量子力学的多元宇宙和哲学基础之类的思想是物理学中最热门的话题。 历史表明,当物理学最需要它时,哲学总是在那里伸出援手。

在人类的大多数历史中,物理学和哲学之间并没有真正的区别。 亚里斯多德从事哲学思考和物理模型构建,没有人三思而后行。 甚至在科学革命之后,像艾萨克·牛顿(Isaac Newton)和罗伯特·胡克(Robert Hooke)这样的人都在积极辩论具有重要物理意义的诸如光的本质(“是粒子还是波浪?”)之类的哲学思想。 这种传统一直延续到1920年代和30年代,在那里,教科书和课堂问题经常被要求学生考虑量子革命对人类获得有关世界的可信知识的能力以及语言在塑造我们的理解中的作用意味着什么。

剑桥大学麻省理工学院的物理学家兼科学史学家戴维·凯泽(David Kaiser)说:“对物理学家的预期培训的一部分,尤其是在遇到诸如量子力学之类的新事物时,尤其是从哲学角度进行研究。”

在当时最著名的哲学辩论中,量子物理学的统计描述是代表现实的真实本质,还是仅仅是人类对现实的有限理解。 爱因斯坦和施罗丁格(ErwinSchrödinger)等人则站在另一边,认为将现实本质上讲是概率论会导致矛盾和矛盾的结果。 施罗丁格著名的“盒中猫”思想实验并不是对亚原子怪现象的真正说明,而是试图证明量子力学如果得出其逻辑结论是荒谬的。

量子物理学的主要建筑师之一尼尔斯·玻尔(Neils Bohr)领导了反对派,最终创造了所谓的哥本哈根解释。 这说明当不观察量子粒子时,它们实际上没有定义的属性。 测量行为会使它们的波函数崩溃,并迫使它们采用特定的值来表示速度或自旋等特性。 纽约市哥伦比亚大学物理学家戴维·阿尔伯特(David Albert)表示:“在此之前,询问他们的地位就好比问数字五的婚姻状况。” “这根本没有任何意义。”

尽管哥本哈根解释已经被大多数工作的物理学家所接受,因为它从来都不是解决量子力学怪异问题的理想方法。 阿尔伯特说:“关于测量行为及其特殊性,存在一个困惑。” “玻尔把它写下来是一种假设,但从表面上看,这没有任何意义。 您所说的测量到底是什么意思? 这是一个模糊的英语单词,无权出现在基本理论中。”

第二次世界大战后一切都变了。 战争的众多伤亡之一是哲学在物理课程中的作用。 “不久之后,这些材料就消失了,”凯撒说。 “并不是解决了哲学问题—物理学家仍然不同意—但哲学材料却被严重贬低了。”

正如凯撒(Kaiser)所表明的,发生这种情况的主要原因是对物理学的新要求及其在战后时期的惊人增长。 遵循《地理标志法案》后,学生涌入了美国各地的大学,其中许多人都对了解有助于赢得战争的雷达和核能等技术感兴趣。 这是大科学的第一个时代。 1953年,基础物理学研究的支出是1938年的20到25倍。当人造卫星发射并发起太空竞赛时,热情激增— 1967年每年授予物理学博士学位的人数是其三倍。在1959年。

显然,必须付出一些,这就是哲学。 随着教室规模的激增,几乎没有时间进行前几代科学家所进行的那种亲密而旷日持久的辩论。当时,让学生“闭嘴并进行计算”而不是担心其哲学基础更为重要。他们在做什么。

然而,最终,物理学学位的指数上升被证明是不可持续的,在1970年左右达到顶峰。资金枯竭,不久,许多毕业生发现自己失业,漂泊,漫无目的。 凯泽(Kaiser)在他的《 嬉皮如何拯救物理学》一书中追溯了一群就业不足的新毕业生如何找到前往加州伯克利的方式,并在当时浮出水面的奇怪反文化思想的启发下,在物理学和哲学领域掀起了新的热潮。 。

伯克利小组的工作集中在物理学家约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)于1964年发表的一篇被忽略的论文上,该论文又回到了爱因斯坦·布尔辩论的中心。 爱因斯坦与两位合作者鲍里斯·波多尔斯基(Boris Podolsky)和内森·罗森(Nathan Rosen)合作,抨击了一个量子力学的基本思想,即海森堡不确定性原理,该原理指出,没有人可以同时测量粒子的位置和速度。 爱因斯坦,波多尔斯基和罗森的批评集中在一对纠缠的亚原子粒子上,这意味着一个粒子发生的任何事情都会影响另一个粒子,无论它们之间有多远。

分离两个粒子后,研究人员可以准确地测量一个粒子的位置,而同时另一个实验可以精确地测量同伴粒子的速度。 如此精确地了解两者将违反海森堡原理。 解决此问题的唯一方法是使粒子传递信息的速度快于光速并降低测量的准确性,这违反了爱因斯坦的相对论。 贝尔在1964年的论文中以数学上更为严格的方式重申了这一悖论,并且为简化起见,它表明对纠缠粒子的某些实验可以区分玻尔的现实版本和爱因斯坦的版本。

尽管实验非常困难,但伯克利研究人员还是对贝尔的想法进行了测试,这种兴趣最终导致了许多当代尖端技术的发展,例如量子隐形传态,量子密码学和量子计算。 “我们之所以知道这些事情,是因为湾区有一群充满热情的人,他们试图说:’贝尔定理很重要,纠缠又奇怪又酷,让我们把我们得到的一切都给我们,’”凯撒说。 “而且我认为,这是与现代物理学的哲学互动的钟摆摆动的一部分。 这些人并没有像尼尔·玻尔和阿尔伯特·爱因斯坦那样从事哲学工作,但是他们受到了诸如“这一切意味着什么?”之类的大问题的启发。 和“现实怎么可能那样?””

当然,没有什么能永远持续下去。 在1990年代期间,科学家和某些哲学家发生冲突,有时也称为科学大战。在此期间,人文学科教授被指控使用后现代主义理论辩称,科学真理只不过是社会建构。 文化评论家经常援引科学史学家托马斯·库恩(Thomas Kuhn)的科学范式变革思想,其中的革命从根本上重塑了科学认识,以支持他们的解释。 这个时代达到了顶峰,发生在索卡事件(Sokal Affair)上,物理学家艾伦·索卡(Alan Sokal)设法将一篇题为“超越边界:迈向量子引力的变革性诠释学”的荒谬论文收录到著名的文化研究期刊中,使文科专业人士感到尴尬而离开了洋洋得意的科学家们。

这种最近的恶血很可能是使克劳斯和泰森这样的人在哲学对现代物理学的重要性上陷入困境的原因。 在查克·克洛斯特曼(Chuck Klosterman)的书中, 但如果我们错了怎么办? 泰森(Tyson)被引用为完全拒绝托马斯·库恩(Thomas Kuhn)的观点,并暗示自1600年代哥白尼革命以来,科学理解没有发生任何重大改变,这一主张并未得到经验证据的真正支持。

但是总的来说,针已经朝另一个方向移动了。 将量子力学应用于诸如“大爆炸”之类的宇宙学理论,迫使物理学家努力解决其思想的成果–如果整个宇宙都可以描述为波函数,那么究竟是哪种观察者导致其坍塌? 多元宇宙是当今物理学的一个主要话题,被视为解决这种矛盾的一种潜在方式。

阿尔伯特说:“多边支持者布莱恩·格林(Brian Greene)非常从事与哲学家交谈并与他们合作的业务。” “最杰出的现役物理学家之一史蒂芬·温伯格(Steven Weinberg)经常说测量问题是一个严重的问题。”

诸如肖恩·卡洛尔(Sean Carroll)之类的物理学家已经告诫他们的同事说关于哲学的愚蠢的话。 贝尔的理论继续受到考验; 凯撒和他的同事们利用遥远的星光探究纠缠的某些方面。 最近的一篇宇宙学论文使用哲学思想论证了暗物质和暗能量的不存在。

“当物理学处于可以不考虑基础知识而取得进步的时期时,各个领域之间的距离往往会更远,”阿尔伯特说。 “但是,当它到达一个明确的点,即要取得进一步的进步,它必须再次反思其基础时,与哲学的互动将变得更加富有成果。”

这个故事最初于03.2017.03发行在已经停刊的网站now.space上