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由盖尔曼谈物理学中的美与真想到 精选

已有 7898 次阅读 2012-8-25 18:20 |个人分类:学问|系统分类:科普集锦| 盖尔曼

今天突然想问题想到盖尔曼先生在很久以前的TED中讲到美和相似性的问题。 所以拿出来重温一下。

 

盖尔曼说,一个很惊异的事实是,美是物理学探索中百试不爽的一个检验理论成功的标准。这种美是指数学上的对称和简洁。他用剥洋葱皮为例,当科学家们每深入一个层级,每多剥开一层洋葱皮后,都会发现与上一个层级的数学上的惊人的相似性。以至于甚至实验与理论有出入的时候,很多科学家都相信漂亮的理论是正确的,而错误的是实验。

 

他举的例子包括万有引力定律,库伦定律,麦克斯韦方程,相对论,杨-米尔斯场等等。

 

他说,这种层级之间的一以贯之的相似性使得“we don’t need something more to get something more.” 任何复杂的现象可以从基本定律(加概率)中涌现(emerge)出来。

 

 

从我这几年的学习体会来看,美和对称作为标准甚至是从古希腊数学和天文学中[1]都被一直贯彻的标准,虽然他们的标准内容是初等几何中的美和对称(即圆)。到了牛顿以后才逐渐演变成像今天盖尔曼所说的基本方程中的更抽象的,作为更广义的不变性意义上的对称。但是做为衡量一个理论正确与否的标准,即便是因果性或者实在性这样照常识来讲应该作为成功理论衡量标准的元素,在量子力学中这些都遭到了疑问,唯独简洁的对称美这个标准本身依然奏效。

 

盖尔曼暗示了他相信这一套在物理-化学以上的层级,比如生物,生态乃至经济与社会层面仍然有效。(我在与他交谈时直接傻乎乎地问他创建圣菲研究所是不是基于这个信念,他似乎并不是很爽快的点了点头。)在这场短暂的、面向大众的演讲中他也没有提及这方面现在丰富的进展。在接触圣菲研究所的东西之前,我读了两本在这方面颇有启发和激动人心的著作:一本当然是大名鼎鼎的《哥德尔,埃舍尔和巴赫》http://book.douban.com/subject/1291204/ (当然这本书的中文翻译之令人叫绝也是广为人知的),另一本是另一位诺奖得主钱德拉萨卡的《莎士比亚,牛顿和贝多芬》http://book.douban.com/subject/1037290/ 。二者都在甚至是科学范围以外的更广阔领域探讨了美在不同领域中的相似性。

 


另一个更加令我印象深刻的,便是盖尔曼说这种惊异的普遍的美给了人们以信念,即基本定律是“客观的”和“真实的”,(有极端者更愿意称其为“最客观的”和“最真实的”)。这几年我耳边充斥的是两种极端的声音,一种是尊奉现代科学的数学化和严格化方法的现代科学万能论,另一种是贬斥将世界用数学理解的企图、认为这样的理解缺少整体性和人性的科学威胁论。

 

我认为,一方面我们必须认识到现代科学的思维和观念带来的种种对于理解世界上的偏狭,即便科学定律本身的那么惊异和诱人的美;但另一方面我无法接受对现代科学的过度贬斥,以至于说所有数学定律都是我们的有缺陷的主观创造。我对盖尔曼的“美”能通向“客观性”与“真”的信念感同身受。这种美让我在心底里头无论如何不能说服自己去否认“客观性”的存在这样一个信念。

 

附:盖尔曼的TED演讲视频(可调出中文字幕):

http://www.ted.com/talks/murray_gell_mann_on_beauty_and_truth_in_physics.html


[1] 在古希腊到文艺复兴前的传统中,数学很多时候不被作为研究自然的可靠工具。而天文学被近乎看成与数学等同。




谈谈科学
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