木铎书评～《万物原理》

《万物原理》的作者是美国的弗兰克.维尔切克，这位先生是2004年的诺贝尔物理学奖得主，由他来写一本充满物理学知识的科普书籍可以说毫无违和感。 作为一本科普书籍，我不可能一一介绍书中的所有知识点，因为知识点实在是太多了。比如说宇宙中的四种基本力（强力，弱力，电磁力，引力），激光干涉引力波天文台（LIGO）发现引力波的方法和原理，以及碳14同位素纪年的原理等等，作者的知识面之广泛可见一斑。由于知识点太多，所以我只能谈谈我印象最深刻的三点，第一点是作者对世界运行原理的解释，第二点是作者对暗物质和暗能量的解释，第三点是互补性原理对我们理解世界的重要作用。 第一点，作者认为四条简单但深刻的普遍原理主宰了世界运行的方式。 1.基本定律描述了变化。将对世界的描述分为状态和定律两个部分是有帮助的。状态描述了“这是什么”，定律描述“事物如何改变”。 2. 基本定律是普适的。也就是说，基本定律在任何地方、任何时刻都成立。 3. 基本定律是局域的。也就是说，一个物体在很近的将来的行为只取决于当前离它很近的周围的情况。这条原理的标准科学术语是局域性（locality）。 4. 基本定律是精确的。定律都是精确的，而且不允许例外。因此，它们可以用公式表述成数学方程。 可以说作者作为一个科学家，在整本书中都秉持了科学的基本原则。说句实话，大部分国人其实都没搞清什么是科学，总是把科学等价于科学研究的报告和结果，这是不正确的。同时我们也没有搞清科学与技术之间的区别和关系，科学技术总是被人们放在一起相提并论，但是它们不是完全等价的。科学是一种特殊的认识世界的方法论，科学是连接经验世界与抽象符号的一座桥梁，现实世界纷繁复杂的现象必须被纳入一些基本原理或公式的框架内进行解释。 无论是牛顿的力学三大定律，麦克斯韦的电磁定律还是爱因斯坦著名的相对论，他们都是以几个极为简单的公理，公式为基础，通过计算和推演来解释和预测纷繁复杂的各种现象。可以说从基础公理公式出发，通过推演得到预测和解释，再通过实验验证推演结果，这成为了所有科学学科的共同范式和特征。从最早奠定科学基础的天文学到仍然不甚严谨的经济学，你都可以看到同样的研究流程和方法，这才是真正的科学，一套用来连接抽象符号世界和现实现象世界的桥梁。 很多人认为科学的理论都是客观的，这其实是一个误解，我前面反复强调了，科学是连接抽象符号世界和现实经验世界的桥梁，但是这座桥是以抽象符号世界为起点的。牛顿被苹果砸中定义万有引力不过是一个传说而已，并不比华盛顿的樱桃树更真实。牛顿是先写出了《自然哲学的数学原理》，定义了力学三大定律，根据这些定律进行了一系列的演算和预测，后人根据这些预测进行科学实验和观察才确定了牛顿力学的真实性，爱因斯坦相对论的提出比通过引力波证明相对论早了几十年，所有的科学都是先形成公理公式，然后才进行科学实验。 当然了，科学实验中的一些特殊情况会否定现有的科学公理公式，比如量子力学的奠基人普朗克就发现了和热力学定律不符的实验结果。不过如果没有波尔对亚原子世界新的的建模，也就不会有后来的量子力学。科学从来不是单纯的做实验，必须以建立在公理公式上的理论为先导。 接一下就面临一个更棘手的问题，如果科学公理公式说存在一个事物或现象，但是科学实验却无法对其进行实验，那么这个事物或现象在科学上是真实的吗？当然是，如果对此有怀疑，可以看看作者在本书中对暗物质和暗能量的解释。很多人一谈到暗物质和暗能量就以为是什么玄而又玄的东西，其实根本不是，暗物质和暗能量的“暗”不是黑暗的意思，而是无法对其进行实验。 作者把暗物质和暗能量解释得非常清楚：根据牛顿运动定律，作用在物体上的力等于物体的质量乘以该力引起的加速度。另一方面，根据牛顿的万有引力定律，施加在物体上的万有引力也和物体的质量成正比。我们把这两个定律结合起来就能发现，等式两边的物体质量可以约去。换句话说，引力是一个普遍的加速度源，它给每一个物体带来的加速度都是一样的。 其实如果我们表述成“存在无法解释的加速度”，可能会比“存在暗物质和暗能量”要更加准确，但这样的话这个问题就不会这么引人注目了。这些额外的运动都呈现出一种模式，这说明它们都是由引力引起的，但是引力的来源不可见。为了解释所有的观测结果，我们需要两种不同的新来源，这就是暗物质和暗能量。 说白了吧，暗物质和暗能量就是为了让爱因斯坦的那个著名公式E=mc2能够符合观测数据硬编出来的，但是科学界没有任何一个怀疑过暗物质和暗能量的真实性，虽然他们观测不到这些“物质”和“能量”。由此可见，科学中的真实性来自于基础公理公式极其演算的结果，现实观察到与否并不是最重要的。 既然科学是连接抽象符号世界和现实经验世界的桥梁，那么这个桥是只有一座还是有很多座呢？当然是很多座桥梁了，现代科学的每个学科都是一座这样的桥梁，它们把不同的抽象符号世界和现实经验世界连接在一起，这些桥有得结实一点，比如物理学和化学，有得稍微不太结实，比如经济学，但是他们的作用是类似的。作者接下来提出了互补性原则，也就是说不同的桥可以用来把现实经验世界架接到不同的理论上，这些理论在解释现实经验世界的不同现象上各有千秋。 作者为了解释互补性原则，举了一个例子。例如，他说：如果我们想预测一个人在社会环境中的行为，那么我们可能会考虑他的性格、情绪状态、生活经历、母文化，等等。简而言之，我们给他的思想和动机构建了模型。这个模型的核心概念是意志，也就是关于选择的想法。另一方面，如果我们想预测这个人在核爆中心会发生什么的话，那么采用基于物理学的另一类模型将会更为合适。在这种情况下，这个人的思考和意志完全没有意义。 所以我们要贯彻互补性的思路，接受多种模型和理论同时存在的事实。我们要认识到，它们谁也不能证明另一类模型是假的，因为事实无法证明其他事实是假的。它们只是反映了对待现实世界的不同方式。接下来作者用更简单的语言重申互补性的几个要点： • 你需要解答的问题决定了你要用到的概念。 • 从不同的角度，甚至是不相容的角度对同一事物进行分析，可以为我们带来有用的见解。 互补性就是给我们一个机会从不同的视角观察这个世界，从不同的抽象符号世界通过不同的桥走向现实经验世界，作者作为一个科学家，在书中也提到了早年的宗教信仰给他带来的影响，并没有完全否定自己的宗教体验，所以他说：狭隘地给自己下定义的科学家无法开拓自己的思维，而回避科学的人也只会让自己的思维更加贫乏。 最后我想提到作者对菲茨杰拉德（《了不起的盖茨比》的作者）的引用，菲茨杰拉德有一句著名的话”检验一流智力的标准是头脑中能同时持有两种截然相反的观点，却能并行不悖。” 从我第一次读到这句话的时候就深受启发并奉为圭臬，也是我愿意分享给所有朋友的一句话。我们古人也有过同样的智慧，孔子说过“君子不器”也是类似的意思，我们从小接受的应试教育让我们养成了非此即彼，非黑即白的二元对立思想，其实这是一种非常幼稚的世界观，但是很多人终身受其毒害而无法自拔，我推荐大家《万物原理》这本书的目的就是希望我们能够通过科学扩宽我们的思路，而不是用科学禁锢自己。