按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页,按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页,按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
————未阅读完?加入书签已便下次继续阅读!
2.类比激发洞察。
类比同样是物理学家常用的手法,而惠勒则赋予类比以极高的价值和意义。在本书第一篇文章中,惠勒借用西碧尔之口,称“类比激发洞察”。使得类比这种辅助性方法,变成了创造新理论的工具。
在物理学史上,类比是一种常规武器。比如作为静电学基础的库仑定律,其实是模仿牛顿万有引力定律造出来的。早期建立在磁荷基础上的磁学把这种方法又重演了一遍。惠勒也在本书给出了一些具体的例子,比如玻尔的液滴模型就是在原子核与液滴之间进行类比。液滴已经被研究过了,关于液滴振荡模式的数学工作也已经非常成熟了。把原子核比较液滴,则液滴上的每一种效应,都应该在原子核里寻找对应。液滴的形变对应于原子核的什么?液滴表面的涟漪对应于原子核的什么?于是原子核理论得到了丰富和完善。
广义地说,物理学常用的模型方法也是一种类比。模型法是对现实的抽象,构造一个相对理想化的情境,考察在这种情境下会发生什么,这与极限法也有相通之处。类比也有助于理解,甚至是理解的前提。对于完全陌生的东西,对于超越感官的事物,我们只能用我们的熟悉的,感官能够认知的事物进行类比。从这个角度看,光性质的微粒说和波动说,也是两种不同的类比方式,是两种不同的模型。
类比方法同样超越于物理学之外。熟悉赋比兴的中国人对于类比手法并不陌生。不久前,刘华杰将科学传播活动与传教活动进行类比,结论新鲜有趣,入木三分。
惠勒对于实在本性的思考,对于物理学理论的思考,也大量地基于这种类比
(或者模型)。尤其是,对于对称性所遮蔽的实在机制,惠勒指出,只有通过类比,才能有所把握。(《超越黑洞》等)
3.寻找悖论
所谓悖论,必然是和理论相关的。一种理论出现了悖论,往往被认为是这种理论的灾难。惠勒则认为,这是理论本身得以发展,得以完善的支点。所以惠勒主动地将理论推到极端,寻找悖论。惠勒还认为,最好能有两个悖论,这样就可以用一个对付另一个,两个互相参证,构成新理论的基础。
1979年3月,爱因斯坦百年诞辰纪念上,惠勒在他提交的《超越黑洞》中提出了物理学理论的两个悖论:
1.时间的边界告诉我们物理字将走到终点。然而,无论事物看起来发生了什么样的外部变化,物理学所说的永远是那个以其永恒的方式运行的东西。物理学在继续,但是物理学已经到了终点;物理学停下了,但是物理学在发展。这就是悖论一。
2.悖论二号是强加给我们的量子原理。在所有的基本量子过程中,观察行为或日记录行为,对于赋予我们所说的正在发生的事情以“切实的实在性”发挥着根本的作用。悖论二就是:宇宙独立于记录行为而存在“在那儿”,但是宇宙并不独立于记录行为存在在那儿。(第272页)
这两个悖论既是理论自身的悖论,也是物理实在的悖论。这正是惠勒作为物理学思想家终生迷恋的思想对象。
三、对未来物理学的思考
相对论和量子论,二十世纪上半叶最伟大的两个物理学理论至今不能融合,这本身也是一个悖论。作为为数不多的同时对量子论和(广义)相对论有深入研究的物理学家之一,惠勒同时进行着几个层面的思考,既考虑物理学本性的二阶问题,也构想未来物理学可能的基本因素。在本书最后一篇文章《万物源于比特》中,他提出了关于未来物理学的“三个问题”:存在如何,量子如何,观察如何创造?并提出了解决问题的“四个没有”的原则和“五条线索”。这些思想虽然已经构成了一个庞大的系统,各个部分之间有着紧密的联系,但是还没有形成完整的体系,依然包含着众多的猜想和可能性。而其魅力,可能恰恰来自于这些可能性。惠勒不是给出了答案,而是向我们提出了问题。下面举几个例子:
变易性。从物理学结构上,惠勒构造了一个变易性的阶梯。这个阶梯的最下层是最古老的弹性定律,弹性定律假设密度是不变的常量。而在我们能够产生足够的压力之后,密度就成为变量。化学价曾被认为是原子的固有属性,可以用来为原子排序,于是有门捷列夫元素周期表。但是原子核嬗变使这一条也发生了变化。每一条物理定律,都在某种物理条件的极端状态下被突破,被超越。依此类推,惠勒认为,一切定律都具有变易性(mutability),都不可能是不朽的,不可能像是刻在宇宙深处某一块石碑上的铭文,从永恒的过去一直到永恒的未来,一直存在。宇宙本身也有生有灭。物理世界和物理定律从大爆炸中进入存在,又将在大爆缩中遁出存在(在这样的描述中,似乎还有一个冥冥中的存在,超越于物理世界和物理定律。这是语言本身的无奈。事实上,我们对于时间的一切想象,都是以牛顿时间为背景的;我们对于空间的一切想象,也都是以欧氏空间为背景的。我们对于存在的想象,也是以牛顿的时空框架为背景的)。物理学定律到了最后,归结为一个恒等式,0≡0。边界之边界为零。于是,未来的统一物理学也必须满足边界之边界为零的条件。
物质的物理学和定律的物理学。惠勒认为,麦克斯韦时代的物理学是物质的物理学,这时物理学的目的是寻找构成物质世界的基本单元,把物理学的基础建立在更基本的粒子之上。而此后的物理学则是定律的物理学,具体的物理粒子成为理论本身的建构结果,不再基本。(《玛丽·斯科罗多夫斯卡·居里和小的世界》)惠勒力图把更多的物质转化成定律,前述“没有物质的物质”和“没有电荷的电荷”都是这种思想的表现。当然,这也可以用奥卡姆剃刀来解释。
推出时间、量子和连续性。既然物质和电荷都可以从物理学自身的结构中给出,惠勒大胆地猜想,现在从物理学之外给人的时间将来也可以从物理学中推导出来,由绝对的量变成近似的量,由基本的量变成导出的量。正如光速曾经是外来的、绝对的量,后来则成为导出的,近似的。事实上,惠勒希望把所有外来的量,乃至把物理学本身建立在观察之上,希望从最质朴的观察出发,给出量子的定义,时间的定义。并解决数学连续性和物理的分立之间的矛盾问题。这就是所谓物理学的质朴性。
2000年是量子理论问世一百周年,惠勒写了一篇文章《量子何为?——量子物理的荣耀与耻辱》表示纪念。(John A.Wheeler,How e the Quan—tum?The Glory and the Shame 0f Quantum Physics,New York Times,De…cember 12,2000.)他说:
这就是普朗克之后一百年的量子物理,全部化学、生物学、计算机技术、天文学和宇宙学的理论基础。然而,如此值得自豪的基础,却仍不能知道其自身基础。我们可以相信,我确实相信,对于“量子何为”这个问题的回答也将被证明是对“存在何为”这个问题的回答。
2001年年初,惠勒在给我的电子邮件中指出:“未来的物理学应该来自于我们对量子理论的更深入理解,而不是来自对量子理论的评判。”
在对这些基本问题的思考中,惠勒从物理学走到了哲学。
三
能够集中表现惠勒思想的中文文献在2000年前只有两种。一是《物理学和质朴性:惠勒演讲集》(安徽科学技术出版社,1982年),这是惠勒在1981年访问中国时,在北京、合肥和上海发表的学术演讲。此书直接用中文出版,没有其他语种的版本。中国学者了解惠勒,大多始于此书。一是《科学和艺术中的结构》(童世骏、陈克艰译,华东师范大学出版社,1989年),这也是一部演讲集。1979年在德国的克龙贝格城,二十几位世界科学、哲学和艺术领域的一流人士聚在一起,就“科学与艺术中的结构”进行了专题讨论。会议共有四个专题发言,前三个发言者分别是心理学家、生物学家和小说家,惠勒是第四个。与会者皆一时俊杰,包括国内熟悉的科学哲学家卡尔·波普尔,艺术史家贡布里希,以及三位诺贝尔奖得主。这两种文献综合起来,大体上已经包含了惠勒就实在问题和科学走向问题的基本思想。后者还有一些问答,更可以凸现惠勒思想的新锐与超前。
惠勒出版的物理专业著作也有很多,中文本只有2000年在台湾出版的《引力》;惠勒传记Geons,Black Holes and Quantum Foam(《真子、黑洞和量子泡沫》)一书,台湾商周出版在2004年改名为《约翰·惠勒自传——物理历史与未来的见证者》(蔡承志译)出版。这部传记为惠勒与其高足Kenneth Ford合著。Kenneth Ford早年在很多家大学物理系担任过教授、系主任等职,还作过教育行政官员。如今也已退休。《宇宙逍遥》的翻译也得到了他的大力帮助。
而最能集中体现惠勒作为哲人科学家思想的则是其文集《宇宙逍遥》。这个译名是戈革先生的建议。(此书翻译期间,国内另有一部考夫曼(Stuart Kauff…man)的同名著作At Home in the Universe被译为《宇宙为家》,由湖南科技出版社2002年出版)该书包括六个部分,共24篇文章。其中第一部分“科学的微笑”和第六部分“超越黑洞”讨论的都是物理学基础问题以及实在本性问题,这是其思想最为尖锐和艰深的部分。前面已有较多介绍。第三篇文章《我们的宇宙:已知和未知》也可以作为科普文章来读。第二个部分“热忱与士气”篇幅较短,其中谈到了教育问题,谈到了对大学精神的理解(《普林斯顿的合作精神》),值得国内大学管理者“深长思之”。第三个部分“玻尔和爱因斯坦”中的六篇文章都与这两位大