內容簡介:
邏輯思維的威力在物理學和數學中的體現是最充分的。早在科學啟蒙時期,伽利略就用思想實驗的辦法,推翻了曾被學術界奉為圭泉的"物體自由落體速度與重量成正比"的理論這甚至還是在他那次著名的比薩抖塔實驗之前。他是這樣駁難亞裏士多德的:把一個重球A與一個輕球B綁在一起,那麼整體的AB當然要重於A 或B。按照上述理論,AB肯定比兩球單獨下落時的速度快;但換一個思考角度,因為B輕於A,它的下落速度當然比A慢,這樣,把兩者綁在一起時,B肯定要延緩A的速度,這就使合球AB的速度快於B但肯定慢於A。兩種推理是不是都對?是的,都完全正確,但結論卻相反。所以,唯一的可能是推理所依據的平台,即那個理論錯了。你們看,多麼簡潔明快的推理,卻又無懈可擊。有了這個推理,其實根本不用再爬到比薩料塔上扔鐵球了。』
正文
序章
孩子們,人類的邏輯思維能力是上帝最寶貴的恩踢。這麼說吧,正是由於人類大腦基因的某種變異,使其具備了超越直觀的形而上的思維能力,人類才超越了動物的範疇,才能避免尼安德特人的悲劇。
邏輯思維的威力在物理學和數學中的體現是最充分的。早在科學啟蒙時期,伽利略就用思想實驗的辦法,推翻了曾被學術界奉為圭泉的"物體自由落體速度與重量成正比"的理論——這甚至還是在他那次著名的比薩抖塔實驗之前。他是這樣駁難亞裏士多德的:把一個重球A與一個輕球B綁在一起,那麼整體的AB當然要重於A或B。按照上述理論,AB肯定比兩球單獨下落時的速度快;但換一個思考角度,因為B輕於A,它的下落速度當然比A慢,這樣,把兩者綁在一起時,B肯定要延緩A的速度,這就使合球AB的速度快於B但肯定慢於A。兩種推理是不是都對?是的,都完全正確,但結論卻相反。所以,唯一的可能是推理所依據的平台,即那個理論錯了。你們看,多麼簡潔明快的推理,卻又無懈可擊。有了這個推理,其實根本不用再爬到比薩料塔上扔鐵球了。
偉大的相對論更不用說了,它簡直是一人之功,秘是一個天才大腦的傑作。愛因斯坦通過純粹的思想實驗,得出"光速不變"和"引力與加速度等效"的頓悟,徹底顛覆了人們奉為"絕對真理"的平直時空。愛因斯坦自己說,那對於他來說是"幸福的思想"。
其實還有一個著名的思想試驗,只是常被人們忽略,那就是駁難時間旅行的"外祖父駁論"——你如果可以返回過去,就有可能殺死你的外祖父『但它在未有兒女之前被殺,怎麼可能出現一個返回過去改變歷史的你?這個駁論也無懈可擊,所以唯一的結論是:時間旅行不可能。
這個思想實驗之所以一直被人忽視,是因為其中摻有人的因素——人有自由意志,所以他們完全可以不殺自己的外祖父嘛。這種思考角度是完全錯誤的。人類作為群體而言,其實並沒有自由意志,也不能保證在十萬個時間旅行者中沒有一個己外祖父的人,那人可能是神經錯亂,或者幹脆是個狂熱的科學信徒,不惜殺死外祖父來求證這個悖論。而只要有一個過得硬的反證,就足以推翻一條物理定律。
所以,孩子們,我要讓你們失望了,我在這兒可以斷言,無論是你們,還是你們的子孫後代,都甭指望去體驗時間旅行,一千萬年後也不可能,它永遠只能存在於科幻小說中。但也不必失望,時間旅行不可能實現,並不意味著超維旅行——指超出三維空間的旅行——就不可能。至少到目前為止,還沒有哪個思想實驗能證偽它——當然也還沒有證實。它究竟能否實現,也許就靠你們中某一個天才大腦了。
理論物理學家陳星北2017年在內蒙古達拉特旗某初中課外物理小組"紀念束星北①110周年誕辰"座談會上的發言。發言為摘錄,未經本人審閱。記錄人:巴特爾(嘎子)
第1章
位於廊坊的空間技術院育嬰所正在忙於實驗前的准備。這個"育嬰所"裏並沒有嬰兒的笑聲和哭鬧,也沒有奶嘴和嬰兒車,它的正式名稱其實是"中國空間技術研究院小尺度空間研究所",所裏的搗蛋鬼們嫌名字太拗口,就給它起了這個綽號,而所長陳星北也欣然認可並帶頭使用,所以這名字在所裏所外幾乎成了官稱,只是不上正式文件而已。
實驗大廳是穹窿式建築,有一個足球場大,大廳中央非常空曠,幾乎沒有什麼設備——只有一個很小的球艙吊停在場地中央.離地有四米高。它是單人艙,樣子多少類似太空飛船的回收艙,只是呈完美的球形,遠遠看去小得像一個籃球。它的外表面是反光鏡面,看起來晶瑩剔透,漂亮得無以複加。艙邊站著兩個小人,那是今天的艙員,旁邊是一架四米高的舷梯車。
今天只是一次例行實驗,類似的載人實驗已經進行過五次,而不載人實驗已經進行過十五次了,人人都輕車熟路,用不著指揮。因此,下邊人忙忙碌碌,陳所長反倒非常悠閑地背著手,立在旁邊觀風景。這時,他的助手小孫匆匆從門口過來,低聲說:
"所長,秦院長的車已經到了。"
陳星北漫不經心地嗯了一聲,沒有後續行動。小孫有點尷尬,不知道該不該催他。陳星北看看他,知道他的心思,沒好氣地說:"咋?有屁就放。"
小孫笑著說:"所長你還是到門口接一下的好。再怎麼說,她也是咱的直接上級,肩上帶著將星的大院長,尤其是咱的大金主。"頓了一下又說,"你知道的,這次她來視察,很可能就是為了決定給不給咱們繼續撥款。"
陳星北滿不在乎:"她給不給撥款不取決於我迎不迎接,我犯不著獻殷勤。別忘了在大學裏我就是她最崇拜的『星北哥『,整天跟屁蟲似的豁在我後邊,就跟現在小丫粘糊黏糊嘎子一個樣。你讓我到大門口迎她,她能承受得起?折了她的壽!"
小孫給弄得左右為難。陳所長的德性他是知道的,但所長可以胡說八道,自己作為所長秘書卻不得不顧忌官場禮節。不過用不著他作難了,因為一身戎裝的秦若怡院長已經健步走進來——而且把陳的胡說八道全聽到了耳裏。秦院長笑著說:
"不用接啦,小孫你可別害我折壽,我還想多活幾年呢。"小孫的臉一下子變得通紅——是替所長尷尬。偷眼看看,那位該尷尬的人卻神色自若。秦院長拍拍小孫的肩膀安慰道,"你們所長沒說錯,上大學時我確實是他的跟屁蟲。那時還一門心思想嫁他,就因為他常常幾個月不洗澡讓我受不了——我可不是誇大,他只要一迷上哪個難題,真能幾個月不洗澡。小孫你說,他現在是不是還這德性?"
小孫也放鬆了,笑著湊趣:"江山易改,本性難移。"就機敏地離開了。陳星北過來和院長握握手,算是過了應有的禮節。秦若怡和陳星北是北大同學,比他低一屆,兩人雖是學理的(陳學理論物理,秦學力學),卻都愛好文學,是北大未名詩社"鐵三角"的兩冀,算得上鐵哥兒們。鐵三角的另一邊是當年的詩社社長唐宗漢,國際政治系的才子,比陳星北高兩屆,如今更是一位天字號的人物——現任國家主席。這兩屆政府中有不少重量級人物均出自北大,人們都說清華的風水轉到大這邊了。
"育嬰所"實際不是空間院的嫡系,五年前陳星北憑三寸不爛之舌說動秦院長,才成立了這個所。可以說這個建制完全是"因人而立",因為秦若怡素來相信這位學兄的怪才。而且,雖說陳星北為人狂放,平日說話滿嘴放炮,但在關鍵時刻也能拿出蘇秦、張儀的辯才,"把秦小妹騙得一愣一愣的"(陳星北語)。"育嬰所"成立五年,花了空間院一個億,在理論上確實取得了突破,但要轉化成實際成果還遙遙無期。秘書剛才說得對,秦院長這次視察恐怕不是吉兆。
陳、秦兩人對這一點都心知肚明,這會兒卻都不提它。秦若怡說:
"星北你剛才說小丫豁糊嘎子,這個嘎子是何方神聖,能入小丫的法眼?"她笑著說,"也太早了吧,小丫才十三歲。"
陳星北指指大廳中央:"諾,嘎子就在那兒。不過你別想歪了,小丫的豁糊扯不到男女的事上,他們是表兄妹呢。嘎子是我外甥,內蒙古達拉特旗的,蒙族,原名叫巴特爾。他的年紀也不大,今年十五歲,等開學就是清華一年級的學生了。這小子聰明,有股子嘎勁,對我的脾味。你嫂子說他像電影《小兵張嘎》裏的嘎子,那個小演員正好就是蒙族。後來嘎子說,這正是他在家鄉的綽號。"
"達拉特旗就是嫂子的老家吧。我記得四年前你千裏迢迢跑到那兒,為一所初中舉辦講座,是不是就為這個孩子?"
"對,他們學校的物理課外小組相當不錯,辦得不循常規。"秦若怡知道,"不循常規"在陳星北這兒就是最高評價了。陳星北笑著說,"小丫這孩子你是知道的,有點鬼聰明,長得又靚,平日裏眼高於頂,沒想到這個內蒙草原來的野小子把她給降住了。"
他對著場地中央大聲喊:"嘎子!小丫!你們過來見見秦阿姨!"
那兩人聽見了,開始往這邊跑。陳星北說:"今天是他倆進艙做實驗。"秦若怡震驚地揚起眉,陳星北早料到她的反應,緊接著解釋,"是嘎子死纏活磨要去做實驗。我想也好,實驗中最重要的是人對異相空間的感覺,也許孩子們的感覺更敏銳一些。再說我還有點私心——想讓嘎子提前參與,將來接我的班,這小子是個好苗子。小丫知道後非要和她嘎子哥一塊兒去,我也同意了。"他輕描淡寫地說,"安全問題你不用擔心,就那麼一納秒的時間,十米的距離。而且載人試驗已經做過五次了,我本人就做了一次。"
秦若怡從心底不贊成這個決定,但又不想幹涉陳星北的工作,於是說了一句:"據我所知,那是非常狹窄的單人艙啊。"
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