科学研究是在观察到的自然的真实性和用数学语言表达的自然的真实性之间的关系基础上建立的。如果理论的所有结果都被实验证明,则认为是有效的。这种方法已经使用了近四个世纪,并建立了一个连贯的知识体系。尽管如此,人类仍然能够坚持他们先前存在的信仰和偏见。这会影响科学的进步,即使对最伟大的头脑来说也是如此。

第一个错误—认为宇宙是静态的

第一个错误—认为宇宙是静态的

在爱因斯坦广义相对论的著作中,他写出了描述宇宙随时间演化的方程式。这个方程的解表明,宇宙是不稳定的,而不是像当时所认为的那样,宇宙是一个体积恒定的大球体,周围有恒星滑动。

20世纪初,人们生活在一个公认的静态宇宙概念中,在那里恒星的运动永远不会改变。这可能是由于亚里士多德的教导,指出天空是不变的。这一想法引起了一个历史上的反常现象:1054年,中国人注意到天空中出现了一种新的光,但没有欧洲的文件提到它。然而,它可以在全天看到,并持续了几个星期。它是一颗超新星,也就是一颗垂死的恒星,它的残余部分仍然可以被视为蟹状星云。欧洲占主导地位的思想阻止人们接受这样一种现象,因为这种现象完全违背了天空不变的观念。超新星是非常罕见的事件,一个世纪只能用肉眼观察一次,最近的一次可以追溯到1987年。所以亚里士多德几乎正确地认为,天空至少在人类生活的尺度上是不变的。

为了与静态宇宙的概念保持一致,爱因斯坦在他的方程中引入了宇宙学常数,从而冻结了宇宙的状态。他的直觉让他误入歧途:1929年,当哈勃证明宇宙正在膨胀时,爱因斯坦承认他犯了“他最大的错误”。

第二个错误—不承认量子随机性

第二个错误—不承认量子随机性

量子力学大约与相对论同时发展,它以无穷小的尺度描述了物理学。1905年,爱因斯坦将光电效应解释为电子和光子之间的碰撞,也就是携带纯能量的无穷小粒子,从而对这一领域做出了巨大贡献。换句话说,传统上被描述为波的光,其行为就像一股粒子流。正是这一步,而不是相对论,为爱因斯坦赢得了1921年的诺贝尔奖。

但是,尽管他做出了重要贡献,他仍然固执地拒绝接受量子力学的关键,即粒子世界不受经典物理严格决定论的束缚。量子世界是概率的,我们只知道如何在一系列可能性中预测发生的可能性。

在爱因斯坦的盲目中,我们再次看到了希腊哲学的影响。柏拉图教导说,思想应该保持理想,不受现实偶然性的影响。虽然这是一个高尚的思想,但其并不遵循科学的戒律。知识要求与所有预测的事实完全一致,而信念则基于部分观察所产生的好感。爱因斯坦本人深信,纯粹的思想能够完全捕捉现实,但量子随机性与这一假设相矛盾。

实际上,这种随机性并不是纯粹的噪声,因为它受到海森堡不确定性原理的约束。这一原理将集体决定论强加于一组电子。电子本身是自由的粒子群,因为我们不知道如何计算它离开空穴时的轨迹,但是用一百万个电子画出衍射图,会显示出我们知道如何计算的暗条纹和光条纹。

爱因斯坦不接受这种基本的不确定性,正如他挑衅性的结论所总结的那样:“上帝不与宇宙掷骰子”。他想象了隐藏变量的存在,即物理学家用来描述粒子的质量、电荷和自旋之外的尚未被发现的数。但实验并不支持这个想法。不可否认的是,现实的存在超越了我们的理解,我们无法知道关于无限小世界的一切。

想象中的偶然奇想

想象中的偶然奇想

在科学方法的过程中,还存在着一个不完全客观的阶段,这就是导致一个理论概念化的原因,爱因斯坦用他的思想实验给出了一个著名的例子。他说“想象力比知识更重要”。事实上,当观察不同的观测结果时,物理学家必须想象一个潜在的定律。有时,几个理论模型争先恐后地解释一种现象,而只有在这一点上,逻辑才能重新接管。

这样,思想的进步就源于所谓的直觉。这是一种超越纯粹理性的知识跳跃。客观与主观之间的界限不再完全稳固。思想来自于受电磁脉冲影响的神经元,其中一些细胞特别富饶,就好像细胞之间存在短路,而这种短路正是机遇所在。

但这些直觉,或者说人类精神的“花朵”,对爱因斯坦大脑产生的“E=mc^2”来说并不相同,而普鲁斯特的大脑却想出了一个令人钦佩的比喻。直觉是随机出现的,但这种随机性受到每个人的经验、文化和知识的制约。

随机性的好处

随机性的好处

如果没有随机性,我们会被自己的本能和习惯所引导。一切让我们可以预测的东西,我们所做的几乎只限于现实的第一层,包括普通的关切和必须完成的任务。但还有另一层现实,即明显的随机性。

爱因斯坦是一个具有创造力和自由精神的例子,但他仍然保持着自己的偏见。他的“第一个错误”可以概括为:“我拒绝相信宇宙的开端。”然而,实验证明他错了。他对上帝掷骰子的裁决意味着,“我拒绝相信机会”,然而量子力学涉及到必然的随机性。他的判决回避了这样一个问题:在一个没有机会的世界里,他是否会相信上帝,这将极大地限制我们的自由,因为那时我们将被限制在绝对决定论之中。爱因斯坦固执地拒绝了。对他来说,人类的大脑应该能够知道宇宙是什么。海森堡更谦虚地告诉我们,物理学仅限于描述自然在特定环境下的反应。

量子理论证明我们不可能完全理解。作为回报,它提供的随机性带来了挫折和危险,但也带来了好处。

正如西蒙·威尔《引力与优雅》中写到的:人类只能在一瞬间逃离这个世界的法律。停顿的瞬间,沉思的瞬间,纯粹的直觉……正是有了这些闪光,他才有能力成为超人。

爱因斯坦,一位传奇的物理学家,是一个充满想象力的人的完美例子。因此,他对随机性的拒绝是一个悖论,因为随机性使直觉成为可能,从而允许科学和艺术的创造性过程。