螳螂

酷说老子困扰物理学界的测不准定律


㊣原文:道可道,非常道。

(道可以致达,但致达之后就不是永恒之道)

1

我们谈到,要从三个层面来探讨为什么“道”致达之后,就不是永恒之道”了。

第一,世界本身;

第二,人类本身;

第三,人类认识世界的过程。

前面我们已经论证了两个层面的谬误:

首先,世界本身就是不可靠的,不是百分之百精确地呈现在我们眼前的。其次,人类本身也是不可靠的,总是蒙受感官的欺骗。

那么第三个层面,人类认识世界的过程可靠吗?我们依然先说结论:

人类认识世界的过程同样是不可靠的,我们无法通过一种手段,可以百分之百精确地认识这个世界。

2、

我们不妨来看几个例子,首先是物理学界,众所周知,量子力学的创始人之一海森堡曾在年的时候提出一条“测不准定律”,也叫“不确定原理”,并于年获得了诺贝尔物理学奖。

这条定律说的什么呢?简单来说就是:

一个微观粒子的速度和位置不能同时被人精确地测量出来。

为什么这条定律如此震撼物理学界呢?因为人类一直以来都有一个绝对谬误的观念:

我们以为一个物体的速度和位置是可以同时测量出来的,比如说一辆行驶在铁轨上的火车,我们既可以精确地测出它的速度,也可以精确地测出它的位置。

但是,这只在宏观的世界里成立,如果放在微观的物理世界里,恐怕就不适用了。

3、

那原因是什么呢?因为我们观测事物靠的是眼睛,而眼睛需要借助一个必不可少的工具。

没错,就是光。

在宏观的世界里,阳光照射到火车上,火车再把光线反射到我们的仪器里和眼睛里,然后我们就知道了火车的速度跟位置。问题的关键在于:

“阳光”这种东西,它照射到火车上并不会对火车的速度和位置造成影响。

但是在微观的世界里,你要想观测一个极其微小的粒子,那么你必须用专业的仪器叫:

射线显微镜。

射线显微镜需要不断地向这个微观粒子发射光子,(光子是阳光的最小单位,相当于宏观世界里的光线)然后光子再反弹到人的眼睛里,这样我们才能观测到粒子的状态。其实宏观世界和微观世界观测的原理是一样的,只不过把“火车”换成了“微观粒子”,把“光线”换成了“光子”。

4、

这时候,问题就出现了:

由于微观粒子和光子是同一级别的微小存在物,所以当光子发射到粒子身上的时候,就会对粒子的状态造成干扰。

我们可以把电子和微观粒子想象成两个乒乓球:

假设微观粒子在不远处的一条轨道上运行,我们为了观测它的速度和位置,于是把一个光子发射到它的身上。这时候会发生什么?

没错,微观粒子的运行速度会发生变化。而且,我们发射光子的频率越快,粒子受到的干扰就越频繁,那么相应的,粒子的速度就越变化多端,越不能确定。相反的是,这个微观粒子的具体位置,相对越精确。

比如我们每秒钟发射10个光子,那就等于是每0.1秒就能从微观粒子的身上弹回来的一个光子,那么我们当然就能比较精确地知道这个电子的具体位置。

所以,发射光子频率越快,微观粒子的位置就越确定,速度就越不确定。

5、

那么反过来操作也同样成立,当我们发射光子的频率越慢,粒子受到的干扰就越少,那么粒子的速度就越能够确定。但是相应的,微观粒子的具体位置,就相对越模糊。

比如我们每10秒发射1个光子,那就等于是每10秒才能从微观粒子的身上弹回来的一个光子,那么下一个10秒之内,我们就无法精确地知道这个电子的具体位置。

所以,发射光子频率越慢,微观粒子的速度就越确定,位置就越不确定。这就是海森堡所提出的“不确定原理”,这个原理告诉我们:

我们观测事物时所使用的工具,必定会对被观测的事物本身造成影响,所以我们观测到的不是百分之百的客观事实。

即使是我们宏观世界里同时观察火车的位置和速度,其实也不是百分之百精确的,只是其误差极其微小,不影响我们的设计和使用,所以没必要较真而已。

6、

其次,海森堡的“测不准定律”并非是物理学界独有的规律,放到生活中来看,也无处不在,无处不有。随便举个例子:

假如你洗澡的时候,想精确测量一下浴缸里热水的温度,你会怎么做?你会把一根温度计放入水中。可问题是温度计本身的温度跟洗澡水的温度是不一样的,当温度计被放进水中测量的时候会发生什么?

没错,整体的水温变低了(因为温度计是凉的)。要知道哪怕浴缸里的水只是降低了亿万分之一摄氏度,你测出来的数据也不是百分百准确的,不是水本来的温度。这就是生活中的“测不准定律”。

7、

第三,其实“测不准定律”也不仅仅只是物理学界和生活世界里的定律,在生物学界也同样存在,只是换了一个名字,被称为“观察者效应”。什么意思呢?简单来说就是:

我们人类在观察某些生物现象的过程中,也会对被观察的生物造成影响。

比如早在年,一位美国的昆虫学家就向《科学》杂志报告了他在实验室里看到的奇怪一幕:

雌螳螂在和雄螳螂交配的过程中,会吃掉雄螳螂的头。

这一现象在当时引发了许多生物学家的热议,尤其是被法布尔写进名著《昆虫记》后,“螳螂食夫”几乎成了全世界生物学界的共识。那时候的生物学家们都想当然的认为:

雄螳螂是为了繁衍后代而牺牲自己,这是自然机制进化出来的一种伟大的父爱。

但是,事实果真如此吗?直到年,又有两名科学家做了一个实验才证伪了这个谣言:

实验人员事先把雌螳螂喂饱吃足,然后离开实验室,留下一部摄像机纪录。结果令人惊讶——在三十场交配中,居然没有一场出现“螳螂吃夫”现象。

而且,他们首次拍摄到了螳螂之间复杂而又神秘的求偶仪式:

“雌雄双方翩翩起舞,互传眉目,整个过程短则十分钟,长则两小时。”

这两位科学家认为,以前人们之所以频频在实验室观察到螳螂食夫,主要原因是:

在人类直接观察的条件下,失去了“隐私”的雄螳螂会受到一种无形的压力,因而没有去营造良好的交配氛围,而举行求偶仪式恰恰能消除雌螳螂的恶意。所以,一场没有感情基础的交配,再加上实验室里的雌螳螂经常处于半饥饿的状态,当然会有很大概率吃掉冒犯“她”的雄螳螂。

后来的一些生物学家也发现,如果是在野外,除非雌螳螂过度饥饿,否则几乎不会发生“吃夫”现象,而且雄螳螂也并非甘愿充当食物,只是交配完跑得慢而已。

所以,我们人类在观察一些生物现象的时候,经常会对生物本身造成影响,只是我们没有察觉,还误以为自己看到的是就是真相。

谈到这里,你可能会好奇,“测不准原理”在人类社会存不存在呢?我们下一节解密。

你好!欢迎来到新统国学的世界,这里是当代人的国学院!我是紫侠狼,一个立志复兴传统文化的90后,研究《道德经》十四年,累计读书2.5万小时,目前正在全网连载《酷说老子》,每天更新,预计全书万字。在接下来的两年里,我会竭尽全力,不做任何保留,秉持“用科学开释国学,以新统承继传统”的理念,在通识教育的基础上,帮你打通各个学科之间的理论壁垒,用我十几年来搭建的知识体系为你架构一条通往《道德经》的天梯!




转载请注明:http://www.tanglanga.com/mfly/11029.html


当前时间: