假如化學學不存在了,科學家究竟是會選擇自縊,還是會有其他的選擇?
在《三體》中,不少科學家紛紛選擇了自殘,而事實上,假若這件事情發生在了現實中,科學家除了不會自殘,相反她們會特別開心,這究竟是為何呢?
根本的緣由似乎是:科學發展的原動力似乎就是科學家們一次次發覺先前的理論不行了!
這回我們就來好好聊一聊這個話題!
在《三體》劇情當中,研究前沿數學學的化學學家接連選擇自縊。緣由是三體通過技術讓質子經過二維展開整修后得到智能微觀粒子,可以理解成是一個微觀超級計算機,這也被稱作:智子。之后三體人通過操控智子來封鎖人類的基礎科學發展,尤其是它干擾了高能加速器等任務,造成科學家借助高能加速器時,得到的結果亂七八糟,微觀粒子的運動除了未能適配理論,還非常不規律,這都會讓科學家難以得到正確的結果,就更難以給出理論解釋。這就給人一種錯覺:數學學不存在了。
《三體》中的一位科學家稱作楊冬,她的導師曼費,因為難以接受實驗總是出現問題,而他又是數學學的教徒,于是他選擇了自殘。(多說一句,“曼費”這個名子很有意思,由于20世紀有一位全能化學學家稱作費曼,費曼倒過來寫正好是曼費。)
不過,這僅僅是懸疑小說的描寫。事實上,假如科學家們真的遭到和曼費一樣的處境,這么科學家們肯定會樂開了花,由于這將會科學家最夢寐以求的時刻。
要先了解這個問題,我們就得從數學學的發展說起。現代數學學似乎是源自于牛頓的熱學理論。在牛頓之前的年代,雖然沒有所謂的“科學”這個領域,也沒有發展出系統的科學理論。
初期的古埃及學者覺得宇宙中的天體運動應當都是:圓周運動,而且都圍繞著地球運動。這是由于圓周運動才足夠完美。后來,隨著不斷的觀測,后來的學者就發覺宇宙中的天體運動很雷人,尤其是幾個行星,運動很不規則。于是,她們用“疊加”多個圓周運動的方法擬合這種偏差,這一疊加,就是好幾十個,這就讓理論顯得十分復雜,這其中最具代表性的就是古羅馬帝國時期的托勒密,他發表的《至大論》就詳盡論述了地心說模型。
在接出來的1000多年里,地心說成為了主流理論。仍然到了文藝復興時期,伽利略通過觀測發覺,并不是所有的天體都圍繞著地球運動,而開普勒則是發覺行星運動的規律并不是完美的圓,而是橢圓。這種發覺相當于是打碎了1400多年來的固有觀念,對于那時侯的學者來說,她們并沒有紛紛選擇自縊,相反她們發覺了機遇。這個機遇就是:怎么解釋行星運動軌跡是橢圓的本質緣由。
當時在法國有不少選擇都在思索這個問題。而最終解決這個問題的正是牛頓,他的萬有引力定理除了能解釋為什么行星運動的軌跡是橢圓,甚至能夠預測天體的運動規律,這也讓牛頓一躍成為了科學文明的開創者。而他對于科學更為重要的貢獻在于提供了一套科學研究的范式,說白了就是指導后世的學者怎么做系統性的科學研究。
這套范式要求,研究的對象可以進行嚴格的定義,可以用物理語言來描述,也就是可以被定量,還有用實驗來證明。假如我們掀開牛頓《自然哲學的物理原理》這本書,都會發覺這本書的前幾十頁都在做數學量的定義。
為此,你還會不難發覺,科學研究似乎是有范圍的,這些難以被定義的對象,例如:鬼神上帝以及超自然現象,都不是科學家研究的對象。
《三體》里面,汪淼看到有外星人以后,也表示:我不管它是外星人還是鬼,我要曉得它是哪些組成的,它的能量有多大。說白了就是即使是鬼物理學不存在了,假若只存在于人們的想像中,那它就不是科學家研究的對象。科學研究是須要基于已有的現象,牛頓解釋了宏觀世界的數學學現象,這套理論已經十分完美,科學家用這個理論,僅靠筆和紙能夠預言海王星的存在。
后來,麥克斯韋統一了電和磁,提出了知名的麥克斯韋多項式,預言了電磁波的存在。牛頓和麥克斯韋的理論讓當時的一些學者一度覺得,數學學早已發展到了盡頭,只剩一些縫縫補補的工作。
但我們也曉得,后來數學學仍然還在發展,而這個發展的核心推進力似乎就是:觀測能力的提高。
科學家們后來除了發覺牛頓理論和麥克斯韋理論的矛盾,還發覺微觀尺度上,牛頓熱學的偏差很大。于是,20世紀初對于那時侯的化學學家來說是幸福的,在短短的30年內,建構出了量子熱學和相對論。
其中,量子熱學解釋了微觀世界的數學學現象,而狹義相對論解釋了接近光速運動時的運動規律,廣義相對論解釋了引力的本質,解釋了強引力作用下的運動規律。
無論是量子熱學,還是相對論都解決了之前牛頓熱學所難以解決的問題。而當時的科學家會忽然提出這種理論,并不是拍耳朵而至的,而是當時她們發覺了數學學的局限性,因而提出的。
而證明這種理論的對錯,則是須要借助愈發精密的觀測設備。為此,只有人類不斷發覺理論和現象不匹配的情況,數學學才還能不斷發展。
舉個例子,弦理論即使提出了40、50年的,而且始終未能算作是主流的科學理論,就在于它所描述的尺度實在太小,比人類現今最新進的觀測設備的偏差還要小,所以我們難以證明這個理論對錯與否,因而它未能成為像量子熱學,牛頓熱學那樣的主流理論。
所以,我們不難發覺,對于理論化學學家而言,只有在理論和觀測到的現象有巨大偏差時物理學不存在了,才是她們發光發熱的機遇,甚至可以說是她們名眷顧史的好機會,她們可以基于新發覺的偏差,提出相應的理論,所以真的如《三體》這樣,那科學家們簡直是要高興壞了!假如現象總是和理論高度一致,那還須要理論化學學哪些事?
所以,假若現實中,發生類似于《三體》那樣的情況,偏差和理論有巨大鴻溝,那將會像上世紀初的前30年那樣,許許多多的理論化學學家提出各類各樣五花八門的理論,企圖去解釋這個鴻溝,甚至會出現像愛因斯坦、牛頓、海森堡、薛定諤這種的級別科學家,而不是由于“物理學不存在”,而選擇一死了之。