經(jīng)典物理學(xué)

如果放眼整個(gè)科學(xué)的發(fā)展，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的科學(xué)理論都是毀三觀的。不信？我們隨便舉幾個(gè)例子，就比如說“熱”到底是什么？在經(jīng)典物理學(xué)中，科學(xué)家給出的結(jié)論就是：

物體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。

這其實(shí)就非常的反直覺。不僅如此，在亞里士多德時(shí)期，他的很多結(jié)論就是從日常生活中得到的，比如：

重的物體先落地。

當(dāng)然，我們現(xiàn)在知道這個(gè)觀念是錯(cuò)的，但是如果沒有伽利略的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)大多數(shù)人的想法會(huì)和亞里士多德是一樣的。自從哥白尼發(fā)起哥白尼革命的時(shí)代起，其實(shí)現(xiàn)代科學(xué)就開始飛速地發(fā)展。但至今大多數(shù)人的知識(shí)結(jié)構(gòu)還停留在哥白尼之前。因此，從哥白尼之后的科學(xué)理論都很毀三觀。

之所以會(huì)有這樣的結(jié)果是因?yàn)榭茖W(xué)理論到了伽利略、牛頓的手中，開始需要經(jīng)歷洗禮，尤其是實(shí)驗(yàn)的洗禮。他們開始要求嚴(yán)格地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，要排除各種干擾，伽利略雖然不一定做過比薩斜塔的自由落體實(shí)驗(yàn)，但他的的確確做過慣性定律的實(shí)驗(yàn)。

而且，即使到了20世紀(jì)，宇航員到外太空依然還在做這樣的實(shí)驗(yàn)去證明伽利略的理論的準(zhǔn)確性。利用控制變量法的這種方式得出的各種物理學(xué)結(jié)論其實(shí)在我們初高中上物理課時(shí)就已經(jīng)學(xué)習(xí)到了，物理幾乎是所有學(xué)科中最難的學(xué)科，也足以證明它有多毀三觀。但初高中其實(shí)學(xué)的都是經(jīng)典物理學(xué)，現(xiàn)代物理學(xué)只學(xué)了一些皮毛。

20世紀(jì)科學(xué)的兩大支柱

而科學(xué)理論到了20世紀(jì)，開始更加毀三觀，這個(gè)毀三觀體現(xiàn)在：

1. 尺度

2. 不確定性

為什么這么說呢？因?yàn)榭茖W(xué)家們猛然發(fā)現(xiàn)，搞了半天，發(fā)展了300年的物理學(xué)原來只是描述了宏觀低速的世界。宏觀上，高速狀態(tài)下和引力特別大時(shí)，經(jīng)典物理學(xué)出現(xiàn)了危機(jī)；微觀世界到了亞原子級(jí)，經(jīng)典物理學(xué)就無能為力了。

于是，在20世紀(jì)催生了有兩大物理學(xué)支柱理論，一個(gè)是相對(duì)論，一個(gè)是量子力學(xué)。也就是下面這幫人搞出來的理論。

其中，相對(duì)論可以解決速度快，引力大的大尺度，而量子力學(xué)則可以解決亞原子級(jí)以下的物理現(xiàn)象。經(jīng)典物理學(xué)也恰恰是這兩個(gè)理論在宏觀低速下的近似，也就是說，量子力學(xué)和相對(duì)論兼容了經(jīng)典物理學(xué)。這就體現(xiàn)在了尺度上，新理論解決了舊理論解決不了的不同尺度的物理學(xué)現(xiàn)象。

而不同的尺度下，出現(xiàn)了讓一般人都很難能夠理解的現(xiàn)象。我們先從相對(duì)論說起，在狹義相對(duì)論中，有兩個(gè)著名的結(jié)論：時(shí)間膨脹和尺縮效應(yīng)。

簡(jiǎn)單來說，就是如果有個(gè)人相對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)，那他的時(shí)間相對(duì)于你會(huì)發(fā)生膨脹效應(yīng)，也就是說，他的時(shí)間變慢了。這里要注意的是，你是看他感覺變慢了，實(shí)際上他自己的時(shí)間是正常流逝的。

不僅你看他的時(shí)間變慢了，你還他還變扁了。假設(shè)他是坐飛船從你上看飛過，那0.1倍光速時(shí)就是下面這樣：

而當(dāng)速度達(dá)到0.8倍光速時(shí)，就會(huì)是下面這樣：

如果達(dá)到0.95倍的光速是，就會(huì)是這樣：

這其實(shí)就是尺縮效應(yīng)。這里主要講狹義相對(duì)論，所以就不過多解釋具體的原因了。想了解的同學(xué)可以拉到文尾戳鏈接，那里有非常詳細(xì)的解釋。

以上，我們只是說了狹義相對(duì)論的兩個(gè)結(jié)論，其實(shí)就能夠體會(huì)到顛覆三觀的感覺。但是理論對(duì)不對(duì)，其實(shí)還要拿實(shí)驗(yàn)說話，事實(shí)上，科學(xué)家也真的做了實(shí)驗(yàn)，比如：著名的μ子實(shí)驗(yàn)就證明了時(shí)間膨脹效應(yīng)。

無論是狹義相對(duì)論還是廣義相對(duì)論，如今都被證明是高度和現(xiàn)實(shí)擬合的，成為了主流的理論，這個(gè)100多年前的科學(xué)理論，我們理解起來特別痛苦，這是因?yàn)樗皇前l(fā)生在宏觀低速下的物理現(xiàn)象，距離我們的生活太遙遠(yuǎn)。

除了相對(duì)論，更加令人無法理解的就是量子力學(xué)。尤其是量子力學(xué)的不確定性原理，說的是：

微觀世界中，粒子的位置和它的動(dòng)量是沒有辦法同時(shí)被確定下來的，位置的不確定性越小，動(dòng)量的不確定性就會(huì)越大，反之亦然。

由此，原子的模型也發(fā)生了巨大的變化，電子在原子核外呈現(xiàn)概率云的形式。意思是，電子并沒有特定的軌道，根據(jù)哥本哈根學(xué)派的解釋，電子同時(shí)出現(xiàn)在原子核外的各個(gè)位置，而各個(gè)位置的不同在于概率的不同，因此要用概率云來描述電子的運(yùn)動(dòng)。

這種概率解釋，連愛因斯坦都不買賬，他覺得雖然這樣的理論可以解釋微觀世界的各種物理學(xué)現(xiàn)象，但是這個(gè)理論應(yīng)該是不完備的。于是，他說出了那一句名言：

上帝不會(huì)擲骰子。

當(dāng)他說完后，他就遭到了波爾無情的反擊：

愛因斯坦別指揮上帝該如何做。

還是那句老話，理論到底靠不靠譜還是要看實(shí)驗(yàn)，隨著后來實(shí)驗(yàn)技術(shù)和精度的一步步提高，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：上帝應(yīng)該是擲骰子的。而這種不確定性也是足夠毀三觀的，當(dāng)然這同樣是尺度的差異（微觀世界和宏觀低速世界的不同）帶來的。

不確定性

如果要總結(jié)20世紀(jì)的科學(xué)理論，那應(yīng)該用“不確定性”就能概括。

20世紀(jì)的各種發(fā)現(xiàn)都充斥這不確定性，在二戰(zhàn)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)炮彈打出去之后，會(huì)受到各種因素影響，最后很難打中目標(biāo)，這種影響是沒有辦法預(yù)先解決的，是充滿不確定性的。于是，維納提出了控制論，利用反饋對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

后來，美國(guó)阿波羅登月，為了確保載人航天器可以順利到達(dá)預(yù)定位置，控制論在從中起到了至關(guān)重要的作用。

而我們國(guó)家的科學(xué)家錢學(xué)森是這方面的大牛，被認(rèn)為是中國(guó)的“工程控制論創(chuàng)始人之一”，正是有錢學(xué)森等工程控制論科學(xué)家的相關(guān)研究，才確保了火箭能夠到達(dá)預(yù)定位置。

和維納同一時(shí)期，信息論也得到了發(fā)展，最為信息學(xué)的奠基人，香農(nóng)給信息下了一個(gè)定義：

信息是用來克服不確定性的。

發(fā)現(xiàn)了沒有？這里再次出現(xiàn)不確定性。而控制論，信息論以及系統(tǒng)論是被我們稱為20世紀(jì)的三論。正是這些理論的發(fā)展，才使得很多工程學(xué)和信息學(xué)的發(fā)展得到了大幅度的提升。而它們都不約而同地指向了“不確定性”。

然而真不只是量子力學(xué)、信息論和控制論。還有著名的混沌理論，其實(shí)它還有一個(gè)比較通俗的例子叫做蝴蝶效應(yīng)。蝴蝶效應(yīng)的大意是：

一只蝴蝶在巴西輕輕地拍打翅膀，就可以引發(fā)一個(gè)月后德克薩斯州的一場(chǎng)龍卷風(fēng)。

混沌理論其實(shí)說的是：

初始條件下，發(fā)生的微小改變，就可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的連鎖反應(yīng)。

用我們古人的話說就是：

失之毫厘，謬以千里。

失之毫厘指的是初始段，而謬之千里是沒辦法預(yù)測(cè)和修復(fù)的，也就是具有不確定性的。

量子力學(xué)、控制論、信息論、混沌理論等其實(shí)都是目前的主流科學(xué)理論，也都被證實(shí)了，同時(shí)因?yàn)椤安淮_定性”的存在，使得這些理論其實(shí)讓一般人都很難以理解。

如果要概括20世紀(jì)的科學(xué)，那真的就是“不確定性”的科學(xué)。而且背離了愛因斯坦的期望，說到底，最讓人無法理解的是：“上帝”真的在擲骰子。