之所以说它模样诱人,不只是因为巧克力和牛奶的颜色,还因为其中另有玄机。请看:
1) 我们宇宙的能量的构成:
2) 我们宇宙中化学元素的构成:
3) 地球大气的化学元素构成:
下面两个稍微差一些,但大体的模样没变:
4) 地球海洋中的化学元素构成:
5) 人体中的化学元素构成:
(题图:克里姆特与蒙德里安)
(1)
近一个月来购得不少好书,每晚睡前不免大快朵颐一番。只是每回翻开饮水词,扑面而来就是一句“柳烟丝一把”。这也许的确不是偶然,窗外的确是柳烟弥漫的季节了。
这季节变换如此之快,与我迟滞的神经极不相称。我大概是典型的粘液质,粘得化不开。不久前还在追悔去年连翘花开时没有拍几张照片,今年的连翘却早已开花;昨日忽而想起去年冬天时一只麻雀在阳台的积雪上留下的脚印,而待我反应过来时,一群麻雀早已躲进树丛中,留下我一人站在阳台上发呆。
发呆自然是一种享受,这大概如同饮酒。只是我自知时间有限,故而只能小酌,不可酩酊。也罢,休近小阑干,夕阳无限山。信然。
(2)
诗集中常有后人注释,这总令我生疑。难道诗是可以被注解的吗?当然,这样讲过于广泛,因为很多完全不同的东西,都恰好被人们称作“诗”。比如,王维的诗与艾略特的诗,在我看来除了都被人们称作“诗”以外,几乎再无相似之处了。艾略特的学院派风格的确需要注释,需要长篇累牍的注释,这我完全同意。但若对王摩诘也如此大肆注释索隐一番,只会叫人兴味索然。在王摩诘的辋川之下,理性和逻辑是不受欢迎的怪物。在自然的神性面前我们最好保持谦卑。
其实,不同艺术门类之间的相似性经常超出我们直觉地预料。比如川端康成与武满彻,比如勋伯格与康定斯基,比如德彪西与马拉美。
(3)
说到音乐,最近花了两周时间将马勒复习了一遍。说是复习,也无非走马观花而已。将他的交响曲从一到九听下来,对耳朵是一种考验,对神经更是。幸亏布列兹的冷静,否则听完之后神经崩溃也未可知。
在马勒交响曲的无数版本中,我目前仍然最欣赏布列兹。在他的指挥棒下,马勒完全是一番现代派的模样,甚至让人想起蒙德里安的线条和方块,而不是克里姆特般情欲与梦魇的交织。
当然,除布列兹之外,好录音还有很多,只是各有侧重。总体而言,美国乐团常常一丝不苟,书卷气十足,谨慎有余但不够洒脱。相比之下德奥乐团就要好很多。柏林爱乐与维也纳爱乐的声音,其精妙之处的确无法形容。当然,指挥才是决定性的因素。指挥大师们自有其看门绝技,让人叹为观止。阿巴多的细节,拉特的线条,格吉耶夫的结构,各尽其妙。
(4)
最后推荐一段音乐。苏联作曲家格里埃尔的《花腔女高音协奏曲》【点此下载】。作曲家的苏联背景总让我想起普罗科菲耶夫或者肖斯塔科维奇一般的冷隽。但是这部作品却是十足的十九世纪风味:首乐章无法不让人想起拉赫玛尼诺夫的练声曲,而末乐章则完全是西欧浪漫派的情趣。更令人激赏的是首乐章的气氛,与我此时的心境如此相合。正是,谁道闲情抛弃久,每到春来,惆怅还依旧。看来,“四月是最残忍的一个月”,这绝非戏言。
(5)
注:为了响应各种部各种委各种总局的号召,本文避免使用任何外文称呼。如有造成不便还请谅解。
后现代的帽子无论戴在什么上面,似乎都会使其显得前卫新潮,以及一丝高深莫测,从而不免有自欺欺人之嫌。但是本文仍然企图搜集一些证据,或者迹象,以表明今天的理论物理学研究的确已经有别于现代性框架下传统科学的典型形象。值得提前说明的是,在下文中将被提及的若干问题,都需要进一步的发展与论述方可予以澄清。这在本文如此短小的篇幅内显然是无法完成的,因此以下的内容毋宁说是一个提纲。
我们恐怕必须从名词解释开始,以弄清楚什么是“后现代的理论物理”。然而为了说明这一点,我们就必须首先知道,什么是“现代的理论物理”。
在物理文献中,“现代物理”(modern physics)一词常被用来指称出现于二十世纪以后的那些有别于经典物理的新物理,它们以相对论与量子力学为代表。物理学家使用这样的词汇,以强调科学革命之后的新范式与经典物理的巨大差异。然而,当我们谈及“现代性”与“后现代性”时,似乎应当把整个经典物理学也置入“现代”物理理论的框架才更为合适。事实上,近代科学的诞生与成熟(在物理领域以伽利略和牛顿理论的出现为标志)正是西方世界自启蒙运动之后步入现代化的潮流的一个重要方面。经典物理的研究方法及其对人类自然观的改造,都显示出明显的现代性特征。因此在本文中,我们将用“现代物理”指称以牛顿力学为代表的一批诞生于经典的研究方法与自然观之下的物理理论。除了牛顿力学,其典型代表还有经典的电磁学理论。
此刻,有必要勾画出现代物理的基本特征。从而通过考察当代物理对这些特征的偏差与超越,以阐明标题中“后现代化”的内涵。
我们注意到,经典物理的研究方法最早由伽利略总结下来,并至今仍为国内物理学的初级教材所津津乐道。在这种方法的框架下,物理学的研究无非是这样几个步骤:1、通过实验总结规律;2、总结规律,上升为理论;3、用理论做出可供检验的预言;4、再通过实验检验理论。尽管物理学发展的真实历史要比这个过程复杂得多,但是大致上,牛顿理论之后的许多物理理论正是循着这条道路发展起来的。最典型的例子就是经典电磁理论。我们甚至发现,尽管早期的量子力学极大地颠覆了物理学家的传统观念,但是它的发展仍然与上述的几个步骤相合。
另一方面,现代物理学的理论在人类现代自然观的形成中起到极其关键的作用。这个过程即所谓自然的“袪魅”。当牛顿将月球与群星的运行这些高高在上的“完美运动”与诸如苹果落地这些呈现在大地之上的日常规律用统一的规律描写时,有关天空的各种神秘的力量都消散了:一切只不过是惯性与万有引力使然。亚里士多德的“天然位置”被从科学的领地清除出去,同时被清除的还有与之相关的价值问题。突然间,世界逃出了上帝或诸神的照看,变成了一堆齿轮发条的复杂组合。在这样的世界中,拉普拉斯对回溯历史与预知未来的幻想就不再显得像是痴人说梦。
然而牛顿力学的影响远不止此。作为近代物理学的第一套完整理论,它以简单明晰的理论结构所取得的巨大成功给人以强烈的震撼,它的耀眼光辉给人们造成一种幻觉。在这种幻觉中,世界真的就是一架牛顿定律的机器。反过来说也对:牛顿力学的规律真的就是万物运行的规律。我们看到,这种深信不疑使康德将牛顿力学安放于先天的知识中。
发生在20世纪初的科学革命的重要意义就在于,它使人们发现,那种视牛顿力学为真理的观念只是一个时代的幻觉。在这场“解除幻觉”的变革中,相对论自然居于核心地位。但是在今天看来,它的作用十分有限。事实上,虽然相对论使人们意识到牛顿力学并非真理,但它本身却加强了物理学家们寻求统一的终极理论的信念。然而,从后现代的观点看,这是不重要的。有趣的是,今天的物理学家已然认识到了这一点。在这场认识的转变中,重整化群理论与“层展”(emergence)的思想起到了关键作用。
最初,重整化只是量子场论专家发明的一套计算手续。他们在对场论中的某些过程做计算时,发现得到的结果是无穷大。然而,如果使用一种系统的“扔掉”无穷大的方法,则可以得到有限的结果,这种方法就是重整化。令人困惑的是,在计算中随意扔掉一个无穷大看上去没有任何道理,但另一方面,物理学家用这套无厘头的方法却能得到正确的结果,甚至与实验结果在很多位有效数字上都符合。正是这些难以理解的困难使得量子力学大师狄拉克一生都在怀疑重整化,如同爱因斯坦一生都在怀疑量子力学一样。
然而我们今天已经十分清楚,重整化之所以在当时显得那样古怪,是因为人们对场论的理解还很有限。得益于威尔逊(K. G. Wilson)等人于70年代发展起来的重整化群理论,我们已经能够很好地把握场论中那些出现无穷大的计算。更重要的是,通过这样一套理论,物理学家对于理论物理的态度已经开始发生本质的变化。
重整化群理论回答了这样一个问题:一种描述自然的理论,在我们观察世界的不同尺度上会发生怎样的变化。它给我们的教益是:我们固然可以不断地从物理的角度追问自然的“本质”,也即不停地寻找更基本的理论。但是,那些更基本的理论对我们业已了解的物质层次影响极小,以至于若我们只关心常规世界的知识,则那些极端条件下的所谓“更基本”的物理理论都是不重要的。这就是说,物质世界的不同层次之间是脱耦的(decoupled)。
在此基础上,当代的物理学家逐渐形成了一种“层展”(emergence)的自然观。其大意是:每个物质层次都有其特有的运行规律,这些规律不能简单地还原为另一些更基本物质层次的运动规律。显然,层展论是对还原论的反制:你可以认为,一个人是一堆原子的集合,你也可以认为,精神活动是一群电化学反应的集合,但这种观点意义不大。也许它们是正确的,但不是真理。
可见,层展的理论为各种高级物质层次上理论研究让出了空间。这多出的空间为一些在传统观点看来显得荒谬的研究赋予了意义。比如,我们无法以至今未发现“元气”所对应的物质粒子而否认对“元气”进行研究的价值。因为,按照层展论,也许“元气”本身就并不对应于任何基本物质粒子。
不仅这些传统科学之外的学科得到了解放,理论物理学本身的研究也获得了空前的自由度。这一方面有重整化群以及层展论的影响,另一方面,也是理论物理自身发展的结果。值得指出,物理学理论的演化并不是旧理论不断被新理论替代或推广的过程,不是江山易代的循环。事实上,物理学家会小心地避开前人的各种错误。我们不再像前人认为牛顿力学是终极真理那样相信爱因斯坦的相对论。事实上,物理学家已经提出了五花八门的理论以修正相对论的各种不足。人们之所以能够如此操作的另一个动机在于,我们不再十分相信,自然真得就是我们的理论所描述的那样。物理理论只是模型,它的意义只在于有效性。物理学家关心的是,他们的理论是否能和实验结果吻合,而并不关心这些理论是否是真理。
在这样的条件下,各种物理理论的风格可以千差万别,沾染着各个物理学家的个性与偏好。理论物理变得更像是一种游戏,一种由一些模糊的规则所约束的游戏。这种游戏的目标,不再是“解谜”,而更像是某种“构造”。
(完)
如果你不清楚什么是后现代,那么这张图会是一个不错的解释:
与室友闲聊时谈及以下两个关于女性的“科学”问题。一个尚未被解决,一个貌似已被解决。
问题一:女性经期与月相的关系。
简言之,为什么是“月经”而不是“周经”或者“季经”?为什么女性的生理周期与月秋的运行周期如此巧合的一致?
当然,作为科学,声称地球上某种高级灵长类动物的生理周期会作用于月球的运动,显然是不靠谱的。因此我们希望知道反过来的可能性,即,月球的运行通过怎样的机制影响到了女性的生理周期。
问题二:“罩杯”的严格定义
我以前不知道什么是“罩杯”,感谢室友的扫盲,我现在知道了,而且给出了一种貌似合理定义。严格的数学表述这里就不写了,大体上说就是,胸围作为测量高度的函数F(x)的一阶导的零点x1与三阶导的零点x3的函数值的差F(x1)-F(x3)。嗯,大致如此,不多解释。请懂微积分的同学们自行理解。
最后是音乐:Ronan Keating演绎的爱尔兰民歌,Carrickfergus。(点此下载)。
这是我最欣赏的一个版本。它来自Ronan献给去世的母亲的专辑:Songs for my mother。整张专辑都不错,推荐一下。
我对流行音乐一窍不通,就不多介绍了。
懒得从纳米盘下载的同学可以直接去google音乐上搜,只是音质欠佳。
(题图:Composition with Three Black Lines, by Mondrian, 1929)
前两天做报告,结束后有老师问我:“你做的工作对你关于世界的认识有什么影响?”他举Wheeler的例子说,物理学家曾认为构成万物的基本组分是粒子,后来又觉得是场,再后来又有人说是弦。
我回答说,我认为不存在终极理论。我没有详细解释,否则这位老先生一定会觉得我不知所云。当然,在上一篇博文中我已经提到了这件事。
关于终极理论是否存在、是否能为人类所认识,这不是物理,而是哲学问题。不过,尽管这些问题本身不是物理学家所研究的对象,但物理学家对它们一定有自己的认识,某些时候,这是一种信仰。例如,有人信仰物理学的简单和美。
追求物理理论的简单和美,这是科普作家们描写理论物理学常用的字眼。我相信很多进入物理领域学习和研究的同学都曾经被这样的描写所倾倒,至少我是如此。不过我不清楚,真正做研究的同学还在多大程度上持有这样的观点。
这不难想象。比如,对于一幅画的欣赏和理解,画家本人和旁观者不会相同。当我们谈到物理的简单和美时,我们其实是站在旁观者的位置上。一旦你进入细节,似乎并不能发现什么简单和美。在一长串繁冗复杂的数学公式面前,如果还有人念叨“简单和美简单和美”,我会感到很可疑。
尽管在研究中,我们常常只面对丑陋而不是优美,但我相信不少研究者仍然会抱这样的态度:物理理论应当是简单而优美的。
当然,这没有任何值得推敲的根据,所以纯粹是一种信仰。我猜,这种信仰是被爱因斯坦带进物理学中的。他的广义相对论是这种信念的绝佳范例。
“物理理论应该如何如何”,这是价值判断。在自然科学理论中掺入价值判断,是两千年前的亚里士多德才会做的事情。在牛顿理论的影响下,人们已经学会将价值判断隔绝于自然科学之外,没有人再视“圆周运动是完美的”这类命题为真理。而上面这种“物理学应当如何”的判断,我猜,物理学家只在茶余饭后才会想起来。
另一方面,相对论,被认为是20世纪初物理学革命性突破的代表之一。然而在今天看来,它更像是一种旧传统的终结者,而非新思想的开创者。它是经典物理学长链中的最后一环。而伴随它产生的“简单与优美”原则,更像是旧传统发挥到极致的表达,是一种强烈的信仰,或者迷信。只是这迷信的对象已不再是圣经中的上帝,而是斯宾诺莎的上帝。
“Einstein may have misled us a hundred years”,我记得文小刚先生在一次讲课中这样说。的确,简单和优美的原则肇始于对统一理论的仰慕和追求。对这种封闭、自洽、完美、统一的信仰只是人类思想史中一串被遗传了过久的基因。如果能克服对它的依赖心理,果断舍弃这个包袱,我们是否能前进得更轻松一些呢?
最后为大家送上一段音乐。我希望这能成为今后每篇日志的惯例。今天是:
Vivaldi:Largo, from Concerto per due violini, liuto e basso continuo RV93, Played by Rolf Lislevand
维瓦尔第:两把小提琴,琉特琴和数字低音的协奏曲,第二乐章:广板。此段音乐来自naive公司的唱片:
此段音乐特别献给我的家乡,如今她饱受骚乱和恐惧的折磨。愿她早日回复安宁。
文件上传于纳米盘,至少七日有效。当然,大家多多下载有助于延长有效期。
八月的北京,夜里已没有盛夏时的燠热。加之近来神经紧张,我竟喜欢上了独自在阳台吹夜风。躺在椅子里,音乐自是不可少的。
这是一个怪诞的时刻:马勒也可以用耳机来听,尽管有损伤听力的危险。我突然想到另一个场景:请马勒或者贝多芬戴上耳机,让他们听听自己的交响乐从这样一个奇形怪状的小东西中冒出来。他们会是怎样地错愕呢?这一定很有趣。
但对于这怪诞,细想又觉得再正常不过。在这个一切都被封装成商品的时代,没有什么能幸免。古典音乐被压成一张张光盘,十分廉价,再配上些光鲜亮丽的封套,与垃圾快餐几乎没有区别了。
当然,我不会对此不屑,或者失落,我对此没有任何不快的情感。我甚至心存感激。通过互联网,我可以在任何时刻,取一个自己喜欢的姿势,去听某位大师指挥交响乐,虽然声线有点变形。
古典音乐的时代已经过去,这是一个不可避免的事实。人们的生活方式,或者更直接的,音乐的生产方式,决定了怎样的音乐将被制作出来。在一个如电子元件般精确运转的时代,古典音乐显得那样不合时宜。那样多的细节,那么多悠长的旋律线,那些严肃的思考,那些无法名状的情感,在这个神经粗大的时代全都显得如此虚弱和渺小,不值一提。这个时代需要的是rock和new age。这两种貌似极端不同的音乐其实内在的精神是一致的:一种性价比极高的反抗。
我不会为古典音乐辩护什么,我不是传统的卫道士。更重要的是,在人的习惯与偏好面前,逻辑的辩护总是苍白无力,甚至可笑。历史就是这样被不同的观念和偏好剖出一个个断层。而观念的更替,绝不是理性和逻辑的后果。正如普朗克所说,新理论代替旧理论的过程,纯然是年轻的人们接受新理论、而坚守旧理论的人渐渐死去。生活在不同时代切片中的人们,互相无法理解。那些幸运地全身于一个切片中的人们恰如水中畅游的鱼,而不幸游走在断层上的人们就得直面被切割的痛苦。他们或者坚守,或者妥协。这是悲剧,还是一个荒诞的喜剧?
这一切的答案,也许都已存在于马勒的交响乐中了,此刻我无心思考更多。
几张上好的Mahler,令人叫绝:
(题图:计算机生成的“艺术”图案。毕达哥拉斯时代科学与艺术单纯而美好的统一,如今只能以这样的方式呈现吗?)
关于文科与理科,是一个说不完的话题。自从近代科学学院化以来,自然科学的研究逐渐形成了自己独特的风气,这种风气大概是圈外人所不好理解的。随之而来的悲剧性后果就是文理之间日益加深的鸿沟。更可悲的是,两边阵营各自一手培养起来的同学们大多只知为自己一方摇旗呐喊,不思试图理解对方、修补裂缝。结果导致这条鸿沟成了一个正反馈的系统,或者说是自放大的系统。裂缝越来越深,越来越不可修补。
由于这个原因,在文科与理科这两种完全不同的语境中自由转换,在当下已经变得极其困难。在此种境况下,我们还要从高中开始就给每个小朋友贴上文科理科的标签,就更是雪上加霜。
从高中开始我成了一个理科生,到现在已经五年有余。现在停下来看看,要想同时脚踏文理这两条反向而行的船,只感到分身乏术。高中时虽然身处理科班,但是周围同学的文科素养不次于文科同学。再加上很多学理科吃不消的同学纷纷转投文科麾下,就给我们理科生灌注了一种奇妙的自大。我们一位高中化学老师就公然宣称,理科学不好,才去学文科。
然而高中三年下来,再加上大学两年多的疯狂洗脑,我发现自己险些成了只能读懂相对论的白痴。何也?原因太多了。总之,专业化过于严重。每个人都在挖坑,越挖越深,似乎很深刻,可是结果我们都成了坑里的大青蛙(难怪清华大学又叫青蛙大学)。可以打个比方:把一个生态系统中的某个物种隔离开来,放到另一种环境中独立培养。如果经过长期进化后,再将这种物种引回原生态系统,则这种物种一般会对原生态系统造成破坏。如果人类的知识是一个大的生态系统,那么自然科学就是一种被隔离了过久的物种。也就是说,相互隔离造成相互破坏。
克莱因(Felix Klein)说过,学习过多的数学对物理思维有难以觉察的毒害。这就是专业化的结果。同样,理科思维对文科思维也有相似的作用。这种作用至少在我目前所处的能级有效,至于在更高的境界上是否能达到统一,就很难说了。对我而言,最明显的例子就是行文风格。我现在见到的物理专业文献几乎都是用费耶阿本德所嘲笑的那种文风写成的。我说的就是那种冷静、中立、充满逻辑、面无表情的陈述。但又有什么办法呢?如果没有这种风格为依托,我们又如何实现数学的严格性呢?要知道,伽利略的文章风格在今天只有民科会效仿。
这种不近人情的写作对理科专业同学的影响也许远比想象中的大。试问,怎样的人才会用这样的腔调写文章说话呢?答曰,专家。据说百度知道为专家给出的“官方解释”是“专门骗大家”。抛开这一层意思不提,单就“专”的本意想开来,就已经够恐怖了。这叫我想起那些如他们的文字一样冷静、中立、充满逻辑、面无表情的高智商头脑。他们像一台台在无比精密的筹划下运转的计算机。这正是理智的疯狂。疯狂到了极致,就会炮制出令人惊悚的结果。不信,就请想想那些为希特勒发明集中营、发明毒气池、发明大批量屠杀人群方法的智慧的技术专家。如果不是他们聪明的大脑,谁能想象出那样廉价、那样有效率的屠杀技术呢?套用一句俗话:理智导致冷血。绝对的理智导致绝对的冷血。
写到这里,风闻教育部就高中取消文理分科一事向社会征求意见。看来困惑的不止我一人,只是困惑的人们各有各的困惑。今天的学校还在多大程度上保持着阿卡的摩的传统呢?我不得而知。与柏拉图的园子相比,我们的学校更像后工业时代的大工厂,为社会输出一批批的合格零件。至于大家就文理分科一事而举棋不定,大抵是下定单的客户自己也不清楚他们需要怎样的产品罢了。这就是转型期必经的“折腾”吗?我不知道。总之,折腾是他们的,我什么也没有。
(题图:Rene Magritte: The False Mirror,1928)
和朋友聊天,对方说道,一个人没有信仰也挺可怕的。我深以为然。中国人自古缺乏信仰。可拿得出手的,也就是玉皇大帝财神爷云云,大多是塑像、烧香、磕头的功夫。至于有关ultimate concern的东西,那是绝对的非主流。中国人关心的是技术。咱们的科学技术史,大多是技术,绝少科学。比如数学,在欧洲,是“几何原本”,从希腊化时期到中世纪的大学都学它;在中国,则是“九章算术”——算学,而且祖冲之的算学似乎到唐代就已失传。
在20世纪的几十年里,中国传统文化的发展遭遇到史无前例的挫折。历史上我们的长城数度被北方骑兵攻破,但每一次的沦陷都丝毫没有影响到我们文化的发展与继承。这一切在20世纪被改写了。如今我们的与古代文化的断层已无法修复,但颇为讽刺的是,今天的人们完好地遗传了先人们实用主义的技术头脑,以至于在一般公众心目中,科学就是技术:小到激光照排,大到神n飞船,莫不是技术活。在这样的背景下,爱迪生的知名度比爱因斯坦还要高得多也就不足为奇了。
可是真正的科学精神关乎信仰,而非技术。在这一点上科学、宗教与艺术是三位一体。三者沿着真、善、美三个不同的方向共同仰望一个三棱金字塔的塔尖——那里是神秘与信仰的盘踞之处,也是我们人类精神赖以生存的根基。
然而人类不停地为他们的知识开疆扩土,越来越多的未知世界被他们无边的占有欲所征服。那些曾经绚丽辉煌的传说如今成了落满灰尘的怪物。耕作的农民不再相信土地爷而是相信化肥与农药,大夫们不再相信阴阳五行而是相信抽血化验。是的,科技是进步了,可是我们美好信仰的容身之所也被一次次地捣毁,只因为它们与所谓的“科学精神”相悖。如果这样的科学让我们的生活变得千疮百孔,那我们宁可不要它。
什么是科学精神?难道就是冷静的逻辑与精密的筹划?难道就是冷血的实验和残酷的发明?要知道,定量精确的研究永远只是手段,虽然是必要的手段。这种手段即使再高明,也不能成为科学精神的幌子。它们只是覆盖了科学精神的终极内核。
逻辑是很美,实验也是。但这就是全部吗?除了逻辑和沉默,就没有其他可能吗?为什么世界不能就是多元的呢?我们为什么会企图构造完美呢?维特根斯坦失败了,海德格尔失败了。我们会成功吗?我们会重蹈覆辙吗?为什么不能另寻出路?为什么非得一根筋?我们应当避免堕落成以逻辑为武器的蛮族。
请给我们那奇诡的未知世界留一点空间吧。也许用化学方程式和物理公式可以解释勃拉姆斯的音乐为什么如此迷人,可是再迷人的解释也无法解构勃拉姆斯神性的光辉。