科学家是真的掌握了自然规律,还是在凭空想象?
“科学家是真的掌握了自然规律,还是在凭空想象?”这个问题其实是一个很深刻的问题,同时也是2000多年,学者们思考得很久的一个问题。我们不妨从两个角度来思考这个问题。
- 是否存在绝对客观的自然规律?
- 科学家给出的理论算不算客观的自然规律?
你可能要纳闷,为啥要从这两个角度去思考这个问题?
其实这里就涉及到了最基本的逻辑问题。在这个问句中,核心其实就是“自然规律”,那前提应该是这个“自然规律”是必然存在的,这个问句才成立,换言之,如果根本不存在“自然规律”,那这个问句其实就不成立了。
而自然规律实际上指的就是我们常说的绝对客观真理。其次,如果真的存在,那就可以去思考科学家掌握的到底是不是这个“自然规律”。今天,我们就来仔细聊一聊这个问题,不过,我们从后往前来讨论,更方便你去理解。
科学家掌握的是什么?
科学家掌握的算不算自然规律?
我们可以给出这么一个答案:一定程度上是,但不是很多人想象中的最终的那种。为什么这么说呢?
我们拿牛顿力学来举例子就知道了,牛顿力学在20世纪以前就被奉为绝对真理,科学家利用牛顿力学仅仅用纸和笔就预言了海王星的存在。19世纪末的很多学者甚至认为物理学只需要修修补补就可以了。
但我们也知道,到了20世纪开始,牛顿力学在几次和相对论的比拼中都败下阵来,我们也没有办法用它来描述微观世界的情况。那为什么会这样呢?
实际上是尺度问题,牛顿力学解释的宏观低速世界的物理学,换句话说,就是我们肉眼可见的世界或者说我们生活中的物理学现象,在这个尺度下,牛顿力学奇准无比,你甚至可以认为它就是这个尺度下的客观真理。
随着人类观测技术的提升,我们可以观测到引力大,速度快(接近于光速)的大尺度物理学现象,这时候就会发现牛顿力学运用到大尺度上的误差极其巨大,因此,我们需要一个新的理论来解释这一切,这个理论就是相对论,实际上,相对论的诞生其实也是源自于人类对于光速的认识。
同样的,人类几乎在同一时期,利用一些设备,可以观测到微观世界里的物理学现象,科学家原本先利用牛顿力学来试图描述,结果发现,到了这个尺度下,牛顿力学的误差变得很大。
因此,我们需要新的理论,这时候量子力学诞生,量子力学描述了微观尺度下的物理学。
从上述这些内容,其实我们不难得出这么几个结论:
- 牛顿力学有一定的适用范围,这个范围被我们称为宏观低速的世界;
- 相对论描述的是速度快,引力大的大尺度的物理学现象;量子力学描述的微观世界的小尺度的物理学现象;牛顿力学在这两个尺度下都出现误差巨大的问题;
- 实际上,量子力学、相对论和牛顿力学其实是一样的,也有自己的适用范围,比可观测宇宙再大的尺度,相对论也无能为力,比夸克更小的尺度,量子力学也会出问题。
- 之所以会出现相对论和量子力学,是因为人类的观测水平提升,未来新的理论的出现,也需要观测手段的进一步的提升。
绝对客观的真理真的存在吗?
通过上文,其实我估计你大概能猜到。实际上,“绝对客观的的真理到底存不存在?”是一个谜一样的存在。
这是因为,理论是否描述的正确,我们需要有足够强的观测技术。就拿如今大热的弦论来说,它所描述的尺度,就是用目前观测技术都无能为力的,因为观测误差都要比理论描述的误差大好几个数量级,我们根本无法验证这个理论到底对不对?
同样的问题不仅发生在小尺度上,也发生在大尺度上。由于光速是物质、信息、能量的极限速度,加上宇宙是有一个起点,持续至今也就138亿岁,把宇宙膨胀考虑进去,我们能观测到的宇宙范围是930亿光年,这个范围也被称为可观测宇宙,它仅仅是宇宙的一小部分,也就是说,我们根本无法看到宇宙的全景。
但这也就算了,关键是我们主要利用的是电磁相互作用来观测。而通过这个办法能观测到的可见物质连可观测宇宙中5%的总量都不到,剩余的暗物质和暗能量都不参与电磁相互作用。
也就是说,随着我们的观测水平的提升,我们的认知确实提升的,提出的理论能够涵盖更大的尺度,但同时也出现了另一个问题,其实就是中国的那句老话:知道得越多,发现自己不知道的越多。
因此,“我们是否可以穷尽整个世界,观测到所有的尺度和物理学现象”按目前来看,情况并不容乐观的。如果没有办法做到这一点,对我们而言“绝对客观的真理”其实就是不存在的。当然,还有一种可能,那就是压根不可能穷尽所有的尺度,也不会存在绝对客观的真理。这个观点来自于量子力学,在微观世界当中,我们就没有办法同时观测到一个粒子的位置信息和动量信息,这才有了海森堡的不确定性原理。
基于不确定性原理,波尔直接提出了著名的互补性原理。他认为原子的波动性和粒子性是互斥的,你所得到的结果取决于你的观测手段。
如果是这样的话,那绝对真理就是不存在的,因为你总要观测,而你的观测手段已经确定了你无法观测到一个物体的全貌。
总结
最后,我们来总结一下,如今科学家所掌握的理论实际上是有适用范围的,而不是最终那个绝对客观存在的真理。其次,绝对客观的真理并不一定存在,如果要得到它,我们需要观测到宇宙中所有尺度下的物理学现象,而来自于量子力学的观点则认为我们永远无法得到这个绝对真理。