书评:现实并非所见:卡洛·罗维利的量子引力之旅

2014年,理论物理学家Carlo Rovelli用他的母语意大利语写了一本通俗的科学著作,名为《 现实不是它看起来的样子:量子引力之旅》 。 在同一年,他写了一本短得多的书,实际上是一本小册子,叫做《物理学简明教程》 。 这本较短的书是第一本用英语出版的书,比它的同龄兄弟大了一年。 在那段时间里, 《物理学的七个简要教训》成为国际畅销书,并且今天仍然是作者最着名的书。

我发现这很遗憾,因为《物理学七小讲义》是其前身的精粹,而为什么有人希望提炼“ 现实不是它看起来的东西” ,这也超出了我的理解 。 我对Rovelli在这本书中所做的事情深感兴趣。

我希望Rovelli能够分享有关科学发现的有趣故事以及对量子力学的令人眼花explanation乱的解释。 这些确实是本书的总体构成,但是也有许多意外的元素,正是这些令人愉悦的意外元素使我对此进行了专门的介绍。

我要讨论的第一个惊喜是Rovelli的语气,它带有比我从流行科学作者所期望的更少的自我。 从那里,我将对这本书的作者作一个简短的描述。

接下来,我将花一些时间来解开该书的第一章,其中介绍了科学是如何在古希腊起步的。 我将以此为起点来讨论本书中的两个主要意外要素。 首先,罗维利是浪漫主义诗人的同志精神。 其次,他从统一的角度讲述了科学的历史,我的意思是说他尽可能地强调了共同点,包括理论,科学家和思维方式。

最后,我的目的是证明罗维利谦虚的语气,浪漫的理想和统一的观点最初令人惊讶,但它们自然适合他所选择的主题。

在解释了这些想法之后,我们来看一下文本。

从一开始,罗维尔(Rovelli)的语气就扎根并且具有自我意识:

我们沉迷于自己。 我们研究我们的历史, 我们的心理学, 我们的哲学, 我们的神灵。 我们的很多知识都围绕着我们自己,好像我们是宇宙中最重要的东西一样。 我认为我喜欢物理学,因为它打开了一个窗口,通过它我们可以进一步看到。 它给了我新鲜空气进入房屋的感觉。

在科学中有很多自我,在写作中有很多自我,但是这本书中很少有自我。 Rovelli是回路量子引力理论的联合创始人,该理论是弦理论的主要替代方法。 作为一个著名的科学家,他可能会在书中,特别是有关他自己的研究的章节中拖累东西,但他没有。 他热情洋溢,固执己见,但不自负。 确实是新鲜空气。

这本书到底是关于什么的? 罗维尔(Rovelli)总结起来很出色,所以我顺服他:

正如我今天所了解的那样,这本书描述了我们对世界新形象的搜寻现状。 这是我要给同事和朋友的答复,问我:“那么,你认为事物的真正本性是什么?”当我们在漫长的仲夏傍晚沿着海岸行走的时候。

Rovelli就是这样写的:简单而优雅。 我们所谓的沿海岸漫步始于一个实际的海岸:爱琴海的东海岸,在古希腊城市米勒图斯。 Miletus是地中海人口稠密的枢纽,是一个大熔炉。 公元前五世纪,它举办了一场由泰勒斯,阿那克西门德和哈卡特乌斯发起的“思想革命”:

迈尔斯人了解到,精明地使用观察和理性,而不是寻找幻想,古代神话或宗教的答案,最重要的是通过区别对待的方式使用批判性思维,这可以反复纠正我们的世界观并发现新的方面隐藏在普通视野中的现实。 有可能发现新的。

迈尔斯人发现了什么新东西? 他们发现“地球漂浮在天空中,天空继续在地球之下”; “动植物在进化并适应环境变化,人类一定是从其他动物进化而来的”; 并且“整个宇宙是由无数原子在其中运行的无限空间组成的。”

罗维利(Rovelli)解释说,标志着人类理解世界的能力有了突破,这是迈尔斯人的新颖思维方式,而不是他们提出的想法。 用这种思维方式,“门徒不再有义务尊重和分享主人的思想,而是自由地建立在那些思想上,而不必担心丢弃或批评可以改进的部分。”罗维利称其为“新时代的到来。”

罗维利(Rovelli)赞扬个别思想家的才华,但他强调迈尔斯人的最大成就是学会一起思考。 他们这样做为科学思想奠定了基础,同时也为现代政府铺平了道路。 Rovelli写道:“通过讨论,可以为社区做出最佳决策。” “通过讨论,有可能了解世界。”故事的寓意是人们在一起工作时会进步。 罗维尔(Rovelli)的统一观点源于这种非常道德的观念:如果在人们作为集体工作时取得了科学成就,那么成就应归功于集体而不是个人。

根据罗维利(Rovelli)的说法,五世纪的米利都(Miletus)是一个特殊的地方,因为那里出现了团结。 人们学会了一起思考,而没有想到相同的思想,这种启发被其他形式的团结所取代。 大约在公元前450年,一个名叫Leucippus的人离开了Miletus,在希腊建立了自己的学校,在那里他接受了一个叫Democritus的门徒。 德cri克利特将对所有事物固有的统一性提出特别启发的见解,罗维利总结如下:

在原子无休止的舞蹈中没有定局,没有目的。 就像自然界的其他部分一样,我们是这种无限舞蹈的众多产物之一,即偶然结合的产物。 大自然继续尝试形式和结构。 就像动物一样,我们是经过一段时间的随机选择和偶然选择的产物。

罗维利(Rovelli)对德cri克利特(Democritus)和其他古希腊人自然生活的能力怀有某种偏爱,也就是说,他们将自己视为大自然的一部分。 这就是Rovelli的观点变成浪漫的地方。 在18世纪,欧洲开始了一场名为浪漫主义的艺术和思想运动。 浪漫主义通常以情感和对美的追求为特征,但该运动的两个特定特征与罗维利关于古希腊的一章密切相关:对过去的荣耀和对自然的热爱。

这两个想法经常结合在一起。 也就是说,浪漫的思想家赞美了古希腊,因为那里的人与大自然融为一体。 浪漫诗人诺瓦利斯在《 塞伊斯新手》中写道

对于那些早期的人来说,一切似乎都是人类的,熟悉的和相伴的,他们的感知中都充满了新鲜感和独创性,他们的每一句话都是大自然的真实产物,他们的思想不禁与周围的世界相适应并表达出来。它忠实。

罗韦利(Rovelli)对古希腊人的观点与诺瓦利斯(Novalis)的观点极为相似,因为两位作者都深信古人具有理解周围自然环境并了解周围环境的能力。 一些浪漫主义者认为,古希腊人也与超自然世界更加紧密地结合在一起。 雪莱在《 诗歌辩护》中写道:“在我们物种的历史上,没有任何一个时代能如此明显地印上人类神性的记载和片段。”罗维利在对比“思维定势”时呼应了这些观点。中世纪”与德cri克利特的:

但丁如此美妙地演唱了中世纪的宇宙,它是基于欧洲社会的等级结构来解释的:一个球形的宇宙结构,以地球为中心; 天地之间不可分割的距离; 对自然现象的最终决定性和隐喻性解释; 敬畏上帝,惧怕死亡; 很少注意自然[…]

Lucretius演唱的德cri克利特世界中没有这一切。 不惧怕众神。 世界上没有目的或目的; 没有宇宙等级; 天地之间没有区别。 有一种对大自然的深爱,一种沉浸在其中的宁静。 认识到我们深深地属于其中; 男人,女人,动物,植物和云是奇妙的整体的有机线,没有层次。 有一种深刻的普遍主义的感觉[…]

罗维利(Rovelli)与浪漫主义者分享古希腊人的观点,甚至有时他的语言与诗人的语言也无法区分。 拜伦勋爵在他的诗《 柴尔德·哈罗德朝圣》中称雅典卫城为“思想殿堂,灵魂之宫。”对于罗维利来说,米利都斯是“发扬思想与精神的地方”。

人们倾向于将浪漫主义与积极的内涵联系起来,但实际上,运动并不全是阳光和彩虹。 浪漫主义者不是在庆祝当前的状况,而是在哀悼人类脱离自然,这是在古希腊的“黄金时代”之后的某个时候发生的。 Rovelli可以肯定地说有一种强烈的永久损失感:

我经常认为,德cri克利特的全部作品的丧失是旧的古典文明的崩溃造成的最大的思想悲剧。 […]

我们已经离开了亚里士多德的全部,西方思想通过这种方式重建了自己,而德Demo克利特没有任何东西。 也许如果德cri克利特的所有作品都幸存下来,而亚里士多德的作品都没有,那么我们社会的知识史就会更好。…

罗维利和浪漫主义诗人之间可以有更多的相似之处,但我希望这一点已经足够阐明:罗维利浪漫主义的团结理想依然存在。

这把我们带到了另一个前述的想法-罗维利以统一的观点写作。 我想用三个主题来说明这一统一主题:科学理论的统一,科学家的统一和思想的统一。 我将从统一的科学理论开始。

在有关古希腊的章节之后,罗维尔(Rovelli)带我们去了十七世纪的英国,参观了“有史以来最伟大的科学家”艾萨克·牛顿(Isaac Newton)。 罗维利(Rovelli)回忆起牛顿(Newton)进行的一个简单的思想实验:计算一个很小的卫星绕地球运行需要多长时间。 牛顿利用开普勒和伽利略的实验结果,发现假想的月球加速度将等于地球上坠落物体的加速度。 罗维尔(Rovelli)宣称,这个简单的想法催生了“ [一个]巨大的愿景”:

几千年后,天与地之间突然不再分离。 正如亚里士多德推测的那样,事物没有“自然层次”。 世界没有中心; 放任自由的事物不再寻求自然位置,而是永远向前走。

牛顿将多个观测结果统一为一个理论(地球上的引力与其他地方的引力相同),并使用该理论创建了世界的第一张连贯的图片,Rovelli在下图中进行了说明:

该图随着我们的旅程继续而发展。 牛顿之后,我们访问了迈克尔·法拉第(Michael Faraday)和詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell),他们证明电,光和磁都是电磁场,用Wikipedia引用了“同一现象的不同表现形式”:电磁辐射。 他们的发现导致该图的重绘:

法拉第和麦克斯韦的发现将牛顿的粒子概念分为两​​个独立的成分:场和粒子。 尽管这是一个分裂,但它被称为“物理学的第二大统一体(第一是牛顿的地面和天体力学的统一体”)。

我们才刚刚开始。 在法拉第和麦克斯韦的伟大统一之后,爱因斯坦贡献了自己的两个。 首先,空间和时间是一回事,它们“融合在一起形成一个时空概念。”其次,“牛顿的空间引力场。”如图所示,我们对世界的理解越来越简单:

到现在为止,该图最终将收敛到一种成分似乎是固有的,而实际上,这正是我们追赶现代性时发生的事情:

协变量子场是“ [自身]生存在自己上的子集,不需要时空作为基础,作为支持,并且自身能够产生时空。”(Rovelli实际上在解释方面做得很好有了这个最终的单一要素,该图就完整了-至少到目前为止-并且其信息清晰:通过统一可以在理解上取得长足的进步。

成分统一的背后是另一种统一形式。 当科学家将他们的想法与他人的学习相结合时,就会取得突破。 Rovelli写道:“我们通过探索新的思想,同时也基于过去的巨型人物的有力直觉,开发了用于理解世界的概念图式。”这将我们带到了第二种团结:科学家的团结。

现实并非所见 ,实际上是写给罗维尔利个人英雄的情书。 每个发现的标志都在于其背后的科学家的崇拜。 我们已经听说他称牛顿为“有史以来最伟大的科学家”,但他也为许多其他人赞誉不已。 詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)是“ [19世纪]最伟大的数学家之一。”迈克尔·法拉第(Michael Faraday)“ [写过]有史以来最出色的物理学著作之一。”而且请不要让他开始从事德cri克利特。 关键是,很容易陷入所有这些伟大的境地,并误以为这些天才在真空中取得了突破。 罗维尔(Rovelli)通过说明每一个突破都是建立在别人的思想上,甚至有时是在改写别人的思想的结果,来彻底消除这种谬论。

例子比比皆是。 牛顿发现地球上的引力与控制天体的引力相同,方法是“深入研究伽利略和开普勒的结果,然后将它们组合起来。”相对论之所以出现是因为爱因斯坦试图立即解决两个问题:“首先,我们如何描述引力场? 第二,牛顿的空间是多少?

听起来很俗气,但团队合作才是科学发现背后的真正力量。 有时团队合作会跨越几个世纪甚至几千年,就像德Demo克利特(Democritus),爱因斯坦(Einstein)和牛顿(Newton)的贡献一样。 在其他时候,团队协作是从字面意义上进行的:多个人同时处理同一问题。 罗维利指出,“爱因斯坦不是伟大的数学家”,而“他需要数学家的帮助”来正式建构广义相对论。 同样,当物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)努力描述量子空间的概念时,他得到了布莱斯·德威特(Bryce DeWitt)同事的帮助。 两者紧密合作,以至于一旦产生了合适的方程式,他们就谁应该得到这个方程式表示赞扬:

长期以来,DeWitt都将其称为“ Wheeler方程”,而Wheeler则将其称为“ DeWitt方程”。其他所有人都将其称为“ Wheeler-DeWitt方程”。

但是在有团队合作的地方存在竞争,而且罗维尔利(Rovelli)丝毫不幻想科学家有时会在谁的名字上加了小题大做。 当爱因斯坦致力于广义相对论时,肯定是这种情况。 一位名叫戴维·希尔伯特(David Hilbert)的数学家参加了爱因斯坦的一次演讲,“知道爱因斯坦正在做出重大发现,”因此他试图击败他。 爱因斯坦获胜后,“希尔伯特和爱因斯坦之间确实出现了一定程度的紧张关系,”但“两者为人们提供了一个真正绝妙的智慧典范,消除了所有负面紧张局势。”爱因斯坦在一次友谊活动中给希尔伯特写了一封信,指出“如果我们像我们这样的同伴设法在世间的琐事之外开辟了一条道路,却在彼此的公司中找到了喜悦以外的其他东西,那是很可惜的。”希尔伯特和爱因斯坦并肩奋战获得“最漂亮的方程式”的荣耀,并且仍然能够修补问题。 有时竞争让位于和解。

即使情况并非如此,纠纷仍未解决,科学领域还是重新团结起来。 根据Rovelli的说法,这是自我修复和自我纠正的方法,因此是最好的方法。 考虑到科学研究的合作性和竞争性,他写道:

科学社会学揭示了科学理解过程的复杂性。 像其他任何人类的努力一样,这个过程受到非理性的困扰,与权力的博弈相交,并受到各种社会和文化影响。 尽管如此,尽管如此,并且与一些后现代主义者,文化相对主义者等的夸张相对,这些都没有削弱科学思维的实践和理论效力。 […]如果我们重视可靠性,科学是最好的策略。

科学之所以可靠,是因为“最终,我们可以检查某个理论是对还是错”。罗维尔(Rovelli)暴露自己的哲学方面说:“这就是科学与其他思想的区别,后者可以决定谁是对的,谁是对的。错误通常是一个更加棘手的问题,有时甚至毫无意义。”

这既不是Rovelli在书中第一次还是最后一次提到宗教,它把我们带到了第三种统一形式:思想统一。

罗维利(Rovelli)具有合法思想和思想信仰。 由于“狄奥多西皇帝的one令,在390-391年宣告基督教将是该帝国的唯一和强制性的宗教”的结果,德tus克利特的所有作品都被摧毁。受德Demo克利特(Democritus)的启发,在一千年后的宗教权威中发生了类似的冲突。 “ 1516年和1551年“天主教会试图阻止卢克修蒂乌斯”,但“为时已晚。”有人觉得罗维利会出右手来阅读德cri克利特的全部著作,所以为什么不让他被激怒呢?基督教一再摧毁德cri克利特的思想吗? 出于同样的原因,世界领先的科学家之一不应该担心,有一天,例如皇帝的e令可能会抹杀他的整个领域?

宗教是Rovelli经常遇到的目标,因为它是一种压制理性和好奇心的信仰体系。 罗维利写道:“总有人以为真理的保管人。” 宗教是不民主的; 没有人可以对高处的那些人提出质疑,因为高处的那些人已经有了“真理”。“好奇,学习,发现,眺望下山,渴望品尝苹果的欲望:这些就是那些让我们成为人类。”他宣称。 宗教已经拥有了它所需要的所有答案,宁愿让苹果保持原状。

罗维尔(Rovelli)对宗教的大多数提及都是遮遮掩掩的,但在上一章中,他终于面对宗教并讨论了它与科学的关系:

对知识的追求并不能被确定性所滋养:它被对确定性的根本不信任所滋养。

这意味着不要对那些声称自己拥有真理的人给予信任。 因此,科学和宗教经常陷入冲突。 不是因为科学假装知道最终答案,而是因为相反的原因:因为科学精神不信任任何声称拥有最终答案或特权获得真理的人。 人们发现这种不信任在某些宗教场所令人不安。 受宗教困扰的不是科学:某些宗教受到科学思维的干扰。

罗维尔(Rovelli)对宗教的简短论点(甚至可以这样标榜)以橄榄枝结尾:“我不批评那些愿意相信这一点的人:我们所有人都可以自由地相信我们想要的任何东西。”我们应该期望Rovelli提出一种统一的声明。

尽管如此,尽管罗维利可能不会“受到宗教的干扰”,但他确实有一个更好的信仰体系:每个人都有能力公开质疑和互相反驳,每个人都可以无休止地好奇。 他写道:“就我而言,我更喜欢面对我们的无知,接受它,并寻求进一步的了解:试图了解我们能够理解的东西。”这是认为他希望人类:让人们一起思考而无需思考,就像迈尔斯兄弟在三千年前所做的一样。 这是浪漫的观点,从根本上讲是科学的。 毕竟,浪漫主义者认为,人类的“救赎”将“通过对自然的沉思来”。

现实并非看起来似乎有很多因素, 这似乎是出乎意料的。 其作者是著名的理论物理学家和现代浪漫主义者。 它总结了过去三千年中最重要的科学发现,并经常提及Lucretius,Dante,莎士比亚等许多人的作品。 它读起来就像科学史,也像一篇论着在理论,社会和哲学层面上统一的重要性的论文。 对于某些人来说,这些不同主题的结合似乎是矛盾的。 但是对于卡洛·罗维利(Carlo Rovelli),这是自然而然的。