假如化学学不存在了,科学家究竟是会选择自缢,还是会有其他的选择?
在《三体》中,不少科学家纷纷选择了自残,而事实上,假若这件事情发生在了现实中,科学家除了不会自残,相反她们会特别开心,这究竟是为何呢?
根本的缘由似乎是:科学发展的原动力似乎就是科学家们一次次发觉先前的理论不行了!
这回我们就来好好聊一聊这个话题!
在《三体》剧情当中,研究前沿数学学的化学学家接连选择自缢。缘由是三体通过技术让质子经过二维展开整修后得到智能微观粒子,可以理解成是一个微观超级计算机,这也被称作:智子。之后三体人通过操控智子来封锁人类的基础科学发展,尤其是它干扰了高能加速器等任务,造成科学家借助高能加速器时,得到的结果乱七八糟,微观粒子的运动除了未能适配理论,还非常不规律,这都会让科学家难以得到正确的结果,就更难以给出理论解释。这就给人一种错觉:数学学不存在了。
《三体》中的一位科学家称作杨冬,她的导师曼费,因为难以接受实验总是出现问题,而他又是数学学的教徒,于是他选择了自残。(多说一句,“曼费”这个名子很有意思,由于20世纪有一位全能化学学家称作费曼,费曼倒过来写正好是曼费。)
不过,这仅仅是悬疑小说的描写。事实上,假如科学家们真的遭到和曼费一样的处境,这么科学家们肯定会乐开了花,由于这将会科学家最梦寐以求的时刻。
要先了解这个问题,我们就得从数学学的发展说起。现代数学学似乎是源自于牛顿的热学理论。在牛顿之前的年代,虽然没有所谓的“科学”这个领域,也没有发展出系统的科学理论。
初期的古埃及学者觉得宇宙中的天体运动应当都是:圆周运动,而且都围绕着地球运动。这是由于圆周运动才足够完美。后来,随着不断的观测,后来的学者就发觉宇宙中的天体运动很雷人,尤其是几个行星,运动很不规则。于是,她们用“叠加”多个圆周运动的方法拟合这种偏差,这一叠加,就是好几十个,这就让理论显得十分复杂,这其中最具代表性的就是古罗马帝国时期的托勒密,他发表的《至大论》就详尽论述了地心说模型。
在接出来的1000多年里,地心说成为了主流理论。仍然到了文艺复兴时期,伽利略通过观测发觉,并不是所有的天体都围绕着地球运动,而开普勒则是发觉行星运动的规律并不是完美的圆,而是椭圆。这种发觉相当于是打碎了1400多年来的固有观念,对于那时侯的学者来说,她们并没有纷纷选择自缢,相反她们发觉了机遇。这个机遇就是:怎么解释行星运动轨迹是椭圆的本质缘由。
当时在法国有不少选择都在思索这个问题。而最终解决这个问题的正是牛顿,他的万有引力定理除了能解释为什么行星运动的轨迹是椭圆,甚至能够预测天体的运动规律,这也让牛顿一跃成为了科学文明的开创者。而他对于科学更为重要的贡献在于提供了一套科学研究的范式,说白了就是指导后世的学者怎么做系统性的科学研究。
这套范式要求,研究的对象可以进行严格的定义,可以用物理语言来描述,也就是可以被定量,还有用实验来证明。假如我们掀开牛顿《自然哲学的物理原理》这本书,都会发觉这本书的前几十页都在做数学量的定义。
为此,你还会不难发觉,科学研究似乎是有范围的,这些难以被定义的对象,例如:鬼神上帝以及超自然现象,都不是科学家研究的对象。
《三体》里面,汪淼看到有外星人以后,也表示:我不管它是外星人还是鬼,我要晓得它是哪些组成的,它的能量有多大。说白了就是即使是鬼物理学不存在了,假若只存在于人们的想像中,那它就不是科学家研究的对象。科学研究是须要基于已有的现象,牛顿解释了宏观世界的数学学现象,这套理论已经十分完美,科学家用这个理论,仅靠笔和纸能够预言海王星的存在。
后来,麦克斯韦统一了电和磁,提出了知名的麦克斯韦多项式,预言了电磁波的存在。牛顿和麦克斯韦的理论让当时的一些学者一度觉得,数学学早已发展到了尽头,只剩一些缝缝补补的工作。
但我们也晓得,后来数学学仍然还在发展,而这个发展的核心推进力似乎就是:观测能力的提高。
科学家们后来除了发觉牛顿理论和麦克斯韦理论的矛盾,还发觉微观尺度上,牛顿热学的偏差很大。于是,20世纪初对于那时侯的化学学家来说是幸福的,在短短的30年内,建构出了量子热学和相对论。
其中,量子热学解释了微观世界的数学学现象,而狭义相对论解释了接近光速运动时的运动规律,广义相对论解释了引力的本质,解释了强引力作用下的运动规律。
无论是量子热学,还是相对论都解决了之前牛顿热学所难以解决的问题。而当时的科学家会忽然提出这种理论,并不是拍耳朵而至的,而是当时她们发觉了数学学的局限性,因而提出的。
而证明这种理论的对错,则是须要借助愈发精密的观测设备。为此,只有人类不断发觉理论和现象不匹配的情况,数学学才还能不断发展。
举个例子,弦理论即使提出了40、50年的,而且始终未能算作是主流的科学理论,就在于它所描述的尺度实在太小,比人类现今最新进的观测设备的偏差还要小,所以我们难以证明这个理论对错与否,因而它未能成为像量子热学,牛顿热学那样的主流理论。
所以,我们不难发觉,对于理论化学学家而言,只有在理论和观测到的现象有巨大偏差时物理学不存在了,才是她们发光发热的机遇,甚至可以说是她们名眷顾史的好机会,她们可以基于新发觉的偏差,提出相应的理论,所以真的如《三体》这样,那科学家们简直是要高兴坏了!假如现象总是和理论高度一致,那还须要理论化学学哪些事?
所以,假若现实中,发生类似于《三体》那样的情况,偏差和理论有巨大鸿沟,那将会像上世纪初的前30年那样,许许多多的理论化学学家提出各类各样五花八门的理论,企图去解释这个鸿沟,甚至会出现像爱因斯坦、牛顿、海森堡、薛定谔这种的级别科学家,而不是由于“物理学不存在”,而选择一死了之。