有哪些知識讓你驚嘆自己竟然活在那麼高大上的世界裡?
學習理工科,有一些時候難掩驚嘆…原來表面上如此平淡無奇的生活中,竟然處處隱藏著如此高大上的現象與原理…讓人頓感自己「苟活」其中的世界高大上起來。
比如題主最近剛剛結課的大學物理,之前學習波動光學時,了解到「旋光現象」時雙眼一亮!對於光的干涉與衍射的存在已是激動,旋光現象更是單憑想像也覺得有趣至極。
各位有沒有過這樣感受的時刻?
學地質歷史和古生物:
地質年代表中地球46億年的歷史都是以百萬年為單位,一些地質年代的誤差就是正負幾個百萬年。相比之下人類文明史太短暫了,不論是有爭議的國內歷史4000-5000年還是國外虛無縹緲的7000-10000年,放到地質歷史的尺度上都是很容易被忽略掉的。
還有生物大滅絕:地質史上一共有五次生物大滅絕,當中最廣為人知的是滅絕了恐龍的第五次。但規模最大的是發生在2.5億年前二疊紀末期的第三次,全球總共約57%的科、83%的屬、約96%海洋生物的種與約70%陸地生物的種滅絕了,簡直是一次世界末日。
而我們現在正處在第六次大滅絕的歷史過程中。
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補充:超級地幔柱:起初指起源於核幔邊界,直徑達數千千米的熱物質上涌體(即熱地幔柱),是大陸裂解和海底擴張的基本動力。
果殼上有篇相關的文章來自地幔的毀滅之柱——超級地幔柱本身是極為宏偉的假說,其造成的岩漿溢流災難也被認為和地質歷史上的幾次大滅絕有聯繫。引用這篇文章末尾的話:
對於地球來說,無論是保護你,還是毀滅你,與你其實毫不相干。你只是地球系統里的一份子,演化的過程中,消失了又有什麼好奇怪的呢?宇宙不是目的論的試驗場。
但是,站在我們自己的立場上考慮,從宇宙中消失我們甘心嗎?不甘心。那麼好,就不妨抱著這種憂患的意識繼續生存發展吧。環境賜予你壓力,世間永無溫室。無論是遠征星辰大海,還是切實改造家園,在自然的偉力前,我們必須只有一個回答:活下去
如果站在太陽系的邊緣向著太陽系拍一張照片,你所有的喜怒哀樂悲歡離合,你那些放不下忘不了的人和事,你看過的風景走過的路,都在照片上的一個像素點上了。
這句話我是根據一個模糊的印象寫出來的,沒想到得了好幾個贊,不慎惶恐。於是尋著印象找了找出處。原文出自著名的美國科普作家卡爾·薩根(Carl Sagan)在1994年寫的一篇短文pale blue dot(湛藍的光點):我嘗試想翻譯,但是翻譯的實在不好,就不貼了。評論里馮瑞淇貼上了全文的譯文,謝謝了。有興趣的可以看一看。
PS:這張照片是1990年2月14日,美國「旅行者1號」飛船飛到了太陽系的邊緣。控制中心讓它回過頭最後看一眼它的故鄉「地球」時所拍,此時距離地球大約64億公里。其實在這張照片上,地球只佔0.12個像素點。
More Is Different. ——安德森(Philip W. Anderson,1923-),1977年諾貝爾物理學獎獲得者
每到一個尺度自有每一個尺度的樂趣。
自然科學也永遠沒有止境。
之前我的一篇答案(為什麼最近有很多名人,比如比爾蓋茨,馬斯克、霍金等,讓人們警惕人工智慧? - 知乎用戶的回答)提到More is different這個概念。
不要以為我們理解兩體運動,我們就能搞定三體運動,三體運動就會出現混沌現象了。
不要以為我們可以近似處理三體運動就以為我們能處理1mol粒子的系統。1mol粒子構成的系統,我們只能用統計力學來處理,這已經是完全不同的理論了。1mol粒子就可能出現湍流。
當我們有一屋子空氣時,什麼奇怪的現象都沒有,而當我們有大氣層那麼多的空氣時,我們才能看到颱風/龍捲風這種現象。More Is Different。 數量會給系統的性質帶來巨大的差異。
因為10個神經元的人工神經網路很容易理解就認為1000億個神經元的人工神經網路很容易理解,這是可信度很低的觀點。
後有人來詢問。正好在這個問題下再多討論一下。
「我們的心靈、我們的身體,以及所有有機物和無機物的運行機制,就我們所知而言,都被認為受同一組基本定律所支配。」
這些最基本的物理學定律往往有非常簡潔優美的形式。像量子力學的基本方程,薛定諤方程,一個簡潔的波動方程。像描述一切電磁作用的麥克斯韋方程組。像著名的E=mc^2.
我們可以從最複雜的自然現象中找到簡潔的物理學定律,但是我們並沒有能力從最基本的物理定定律重新構造出整個宇宙的概貌。
我們知道牛頓定律,但是我們無法良好地構建三體運動(n~3)。湍流依然超出了人類的極限。
預測龍捲風則是完全不可能的。儘管這些分子都遵從那同樣簡潔的物理定律。
即使有了最基礎的萬物理論,我們對整個宇宙的了解依然不是足夠充分的。人類對宇宙的了解始終會局限在我們的觀測範圍內。我們幾乎可以肯定在更大的尺度上,大自然還會表現出來奇妙的新性質。
就像安德森在文中說的,「事實上,在複雜性的每一個層次,都會有嶄新的性質出現;在我看來,為理解這些新行為所進行的研究,本質上是同樣基礎性的。」
三體運動,到湍流,到颱風,以至於恆星上才會出現的日珥拋射(拋射距離比地球直徑還要大),在每一個層面都需要新的而且同樣是基礎性的物理學定律去描述。沒有人可以從牛頓三定律開始構建龍捲風模型。這不是計算精度的問題,這是理論本身的問題。「大型和複雜的基本粒子集合體的行為,並不能按照少數基本粒子性質的簡單外推來理解。」
我們對自然對宇宙的了解毫無疑問會越來越多,越來越廣闊,但更多的已知也意味新的未知。
我們不僅需要最基礎的物理學定律,還需要匹配各個尺度獨特特性的物理學定律。
正因為如此,萬物理論最多只是自然科學最基礎那端的端點。朝向另一端的自然科學則永無止境。
最後在這裡貼上《More is different》的全文翻譯。
一篇非常著名非常漂亮的Science.
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作者:安德森(Philip W. Anderson,1923-),1977年諾貝爾物理學獎獲得者。
本文原名為「More Is Different: Broken Symmetry and the Nature of the Hierarchical Structure of Science」, 載Science, 177 (4047): 393-396。
翻譯:郝劉祥
還原論的假設在哲學家中間可能仍然是一個富有爭議的主題,但在絕大多數一線科學家中間,我想人們肯定都接受了。我們的心靈、我們的身體,以及所有有機物和無機物的運行機制,就我們所知而言,都被認為受同一組基本定律所支配;對於這一組基本定律,我們相信,除了某些極端情形之外,我們已經有了很好的理解。
若是不假思索,人們往往會把下述命題看成是還原論的一個顯而易見的推論:如果一切事物皆遵守同樣的基本定律,那麼只有那些研究真正是基礎的東西的科學家才是探索這些定律的人。這實際上就等於說,他們不外是一些天體物理學家,一些基本粒子物理學家,一些邏輯學家和數學家等。這種觀點,也是本文所反對的觀點,在韋斯科夫(V. F. Weisskopf)的很有名的一段話中表述得最為清晰:[①]
縱觀20世紀科學的發展,人們可以看到兩種潮流;鑒於缺乏更好的術語,我姑且稱之為「內涵性(intensive)研究」和「外延性(extensive)研究」。簡言之:內涵性研究探求基本定律,而外延性研究致力於按照已知的基本定律來解釋現象。當然,這種區分並非沒有含混之處,但就大多數情形而言還是很清晰的。固體物理學、等離子體物理學,或許還包括生物學,都屬於外延性研究。高能物理學,以及核物理學中相當的一部分,都屬於內涵性研究。相比於外延性研究,內涵性研究總是要少得多。新的基本定律一旦被發現,將其應用到迄今尚未解釋的現象上來的研究活動便會蜂擁而至。因此,基礎研究有兩個維度。科學前沿邊界甚長,從最新的內涵性研究,到剛剛從近期內涵性研究中催生出來的外延性研究,一直延伸到基於過去數十年內涵性研究的廣闊而豐富的外延性研究。
這段話的影響力,或許可以從這一事實看出:我聽說,材料科學領域的一位領袖人物近期曾引用這段話,以敦促那些討論「凝聚態物理學中的基本問題」的與會者承認,該領域幾乎沒有甚至根本就沒有這樣的問題,凝聚態物理學不過是外延性科學而已;而外延性科學,在他看來與機械工程差別不大。
這種思維的主要錯誤在於,還原論假設絕沒有蘊含「建構論」(constructionist)假設:將萬物還原為簡單基本定律的能力,並不蘊含從這些定律出發重建整個宇宙的能力。事實上,基本粒子物理學家關於基本定律的性質告知我們的越多,它們對於我們理解科學其餘領域中的真正問題越不相關,對於解決社會問題就更不相關了。
一旦面對尺度和複雜性的雙重困難,建構論假設自然會站不住腳。大型和複雜的基本粒子集合體的行為,並不能按照少數基本粒子性質的簡單外推來理解。事實上,在複雜性的每一個層次,都會有嶄新的性質出現;在我看來,為理解這些新行為所進行的研究,本質上是同樣基礎性的。因此,在我看來,人們可以按下述設想將科學排列成一個大致為線性的層級:科學X的基本實體服從科學Y的定律。
X
Y
固態或多體物理學
基本粒子物理學
化學
多體物理學
分子生物學
化學
細胞生物學
分子生物學
……
……
心理學
生理學
社會科學
心理學
但這個層級結構並不意味著,科學X「僅僅是應用Y」。在每一個層級上,新的定律、概念和原理都是必不可少的,其所需要的想像力與創造力絲毫不亞於前一個層級。心理學不是應用生物學,生物學也不是應用化學。
我本人所從事的多體物理領域或許比其他學科更接近於基礎性的內涵性研究;在該領域,由於出現了非平凡的複雜性,我們已著手建立一種一般性的理論,以說明從量變到質變的轉變是如何發生的。該理論即所謂的「破缺對稱」理論,它或許有助於表明,還原論的逆命題——建構論——是完全不能成立的。我將對此作一些基本的、不完整的解釋,然後就其他層級上的類似情形和類似現象作些更一般的推測評論。
在此之前,我想澄清兩個可能的誤解。首先,當我說尺度變化引起根本性的變化時,我的意思並不是指那個人們熟知的觀念,即新尺度上的現象可能服從根本不同的基本定律,比如,宇宙學尺度上需要用廣義相對論,原子尺度上則要用量子力學。我想應該承認,所有普通物質都服從電動力學和量子力學,我的討論也主要限於普通物質(我前面說過,我們都必須從還原論出發,對此我深信不疑)。誤解之二或許源於這樣一個事實,即破缺對稱的概念已被基本粒子物理學家借用過去了,但我要說,粒子物理學家僅僅是在類比的意義上使用這個概念,那裡是否真有對稱破缺,對我們來講仍然是一個謎。
讓我們從一個儘可能簡單的例子來開始討論,那就是氨分子。我之所以選擇它也是因為我在研究生階段就與它打交道了。當時人人都熟悉氨,並用它來校準自己的理論或儀器,我也不例外。化學家會告訴你,氨分子「是」一個由帶負電的氮原子和帶正電的氫原子構成的三角形的金字塔,因此它有一個電偶極矩(μ),其負向指向金字塔的頂端。當時這在我看來不可思議,因為在我所學到的東西中,沒有哪樣事物有一個電偶極矩。教我們核物理的教授的確證明過,任何核都沒有電偶極矩;鑒於他的論證基於空間和時間的對稱性,該論證就應該是普遍成立的。
不久我就明白了,事實上該論證是正確的(更準確地說,是並非不正確),因為他的表述很謹慎:任何處於定態的系統(即不隨時間而變化的系統)都沒有電偶極矩。如果氨分子的初態是上述非對稱態,那麼它不會長時間停留在那個態上。由於有量子隧道效應,氮原子會逃逸到氫原子三角形平面的另一側去,從而將金字塔顛倒過來;事實上,這發生得非常快。這就是所謂的「反轉」,其頻率為3×1010每秒。真正的定態只能是非對稱金字塔與其反轉的平權疊加。這個疊加態確實沒有電偶極矩(我要提醒讀者,這裡是高度簡化的說法,詳細內容請查閱教科書)。
我不打算在這裡給出證明,但結論是:一個系統的態,如果是定態的話,其對稱性必然與支配它的定律相同。理由很簡單:在量子力學中,除非為對稱性所禁戒,從一個態轉變為另一個態的路徑總是存在的。因此,如果我們從任意一個非對稱態出發,系統都將躍遷到其他的態;唯當我們將所有可能的非對稱態以對稱的方式疊加起來,我們才能得到定態。在氨分子的情形,所涉及的對稱性就是宇稱——左手性與右手性的等價(基本粒子實驗物理學家所發現的特定的宇稱破壞與此不相關:那些效應太微弱了,影響不到普通的物質)。
在看到氨分子沒有電偶極矩、從而滿足我們的定理之後,我們再來看看其他的情形,特別是那些越來越大的系統,看看它們的態與對稱性是否總是相關。由更重的原子構成的類似的金字塔形分子是存在的。磷化氫PH3是氨分子的兩倍重,也反轉,但頻率僅為氨分子的1/10。氫原子被重得多的氟原子所取代的三溴化磷分子PF3,在可測的水平上沒有觀測到反轉,儘管理論上這種反轉會在適當的時間間隔內發生。
接下來,我們可以看看更複雜的分子,比如由大約40個原子構成的糖分子。對於這樣的分子,我們不再期待他們會反轉。生命有機體所製造的每個糖分子都是同一螺旋方向的,但無論是量子隧道效應,還是常溫下的熱擾動都不能使之發生反轉。在這裡,我們必須忘掉反轉的可能性,同時拋開宇稱的對稱性:對稱性定律不是被廢除了,而是已經破缺了。
另一方面,如果我們用化學方法在熱平衡狀態附近合成糖分子,我們將發現,平均來看,左手分子與右手分子一樣多。在複雜性不超過自由分子集合體的情形下,對稱性定律總體說來從不會遭到破壞。我們需要生命物質來產生生命世界中實際的不對稱。
在確實很大、但仍然是無生命的原子集合體中,可以發生另一種對稱破缺,從而產生凈偶極矩或凈旋光強度,或是兩者。許多晶體在每個基本胞腔內都有凈偶極矩(焦熱電),在有些晶體中,這個偶極矩可以被磁場反轉(鐵電)。這一非對稱性是晶體尋求最低能態的自發效應。當然,反向偶極矩的態也存在,並且按對稱性有同樣的能量,但系統太大了,以至於任何熱效應或量子力學效應都不能使之在有限時間內(相對於宇宙年齡而言的)從一個態轉變為另一個態。
這裡至少可以得出三個推論。其一,對稱性在物理學中極端重要。所謂對稱性,意指存在不同的視角,使得無論從哪個視角來看,系統都是相同的。說物理學就是關於對稱性的研究,雖有一點誇張,但也不是那麼過分。牛頓或許第一次展示出了對稱性觀念的威力,他可能向自己提出了這樣一個問題:如果我們身邊的物質與天空中的物質服從同樣的定律會怎樣?也就是說,如果空間和物質是同質的和各向同性的會怎樣?
推論之二是,即便一塊物質的總態是對稱的,它的內部結構也不必是對稱的。我促請你從量子力學的基本定律出發,預言氨的反轉及其易於觀測到的性質,而不是從它的非對稱金字塔結構出發一步步推導,儘管沒有任何「態」有那種結構。有趣的是,直到20年前[②],核物理學家才不再把原子核看成沒有任何特徵的對稱小球,並認識到,儘管它絕沒有偶極矩,但也可以變成橄欖球或碟子的形狀。這在核物理學所研究的核反應和激發態光譜中有可觀測的後果,儘管直接證明要比觀察氨分子的反轉困難得多。在我看來,無論是否將此稱作內涵性研究,它本質上都是基本的,與人們所稱的許多基本事物沒有兩樣。但這並不需要任何新的基本定律的知識,而且,試圖由這些基本定律一步步將其推導出來是極其困難的;這不過一種基於日常直覺的靈感,一下子就把所有東西都理順了。
這個結果難於推導的基本原因,對於我們的進一步討論是富有教益的。如果核充分小,就沒有辦法嚴格定義其形狀:相互繞轉的3個、4個或10個粒子並不能界定一個轉動的「碟子」或「橄欖球」。僅當核被視為多體系統,即通常所說的N ? ¥的極限時,這樣的行為才是可以嚴格界定的。我們對自己說:一個那種形狀的宏觀物體會有如此這般的轉動和振動激發光譜,本質上完全不同於一個毫無特徵的系統的光譜。當我們看到這樣的光譜——即使解析度不是很好,光譜也不是很完整——時,我們得承認核畢竟不是宏觀物體;它只是趨近於宏觀行為。從基本定律和計算機出發,欲得出核的這種行為,我們將不得不做兩件不可能的事:解無窮多個多體的難題,然後將解得的結果應用到有限系統上。
推論之三是,一個確實很大的系統的態,根本不必具有支配該系統之定律的對稱性;事實上,它通常具有較低的對稱性。突出的例子是晶體:晶體是按照空間完全齊性的定律,利用原子和空間來構造的,卻出人意料地展現出一種嶄新的、美妙的對稱。通常,大系統的對稱性要比其背後的結構所暗含的對稱性低,晶體也不例外:晶體儘管是對稱的,但比起完全的空間齊性,其對稱性要低得多。
或許晶體這個例子過於淺顯。早在19世紀中葉,晶體的規則性就可以半經驗地推導出來,根本不需要任何複雜的推理。但有時候,比如在超導電性的例子中,新的對稱性——所謂破缺的對稱性,因為原初的對稱性不再明顯了——可能是完全沒有料到的,並且很難形象化。在超導這個案例中,物理學家從擁有所有必要的基本定律,到最終對它作出解釋,花去了整整30年的時間。
超導現象是普通宏觀物體發生對稱破缺的最突出的例子,但決不是唯一的例子。反鐵磁體、鐵電體、液晶和許多其他態的物質都服從一類相當普遍的概念和規則,不少多體理論家則將其納入破缺的對稱這個一般性的標題之下。我不想繼續討論歷史,參考文獻見注釋。[③]
最基本的觀念是,對於大尺度(即我們自身的宏觀尺度)系統,在所謂N ? ¥極限時,物質將經歷尖銳的、數學上奇異的「相變」,相變之後不僅微觀對稱性,甚至微觀運動方程,都將在某種程度上遭到破壞。對稱性所遺留的痕迹僅表現為一些特徵性的行為,比如長波振動,這方面我們熟悉的例子是聲波;或超導體的奇異宏觀導電現象;或極為類似的,晶體點陣以及大多數固體的剛性。當然,系統不可能真的違背(violate)——而不是破缺(break)——空時的對稱性,但由於系統各部分發現相互之間某種保持確定的關係從能量角度來考慮更為有利,因此對稱性僅允許物體作為一個整體來應對外力。
這就導致「剛性」(rigidity)概念。這個概念也適合用來描述超導和超流,儘管它們表觀上呈現出「流體」行為(關於超導,倫敦[F. London]早就認識到這一點[④])。事實上,假設有一種氣態的智慧生物,生活在木星上或銀河系中心某處的氫原子云中,那麼普通晶體的性質將比超流氦的行為更令他們感到困惑。
我並不想給大家一個印象,以為一切都解決了。比如我認為,玻璃或非晶相仍然存在迷人的原理性問題,那裡或可揭示出更複雜的行為模式。儘管如此,破缺對稱對於惰性宏觀物體的性質所起的作用,我們現在已經理解了,至少原則上已經理解了。在此我們看到,整體不僅大於部分之和,而且迥異於部分之和。
作為上述問題的邏輯延伸,下一個問題自然是問,空時基本對稱性的更徹底的破壞是否可能,以及,如果可能,會不會出現本質上不同於「簡單」相變(即凝聚到更低對稱性的態)的新現象?
我們已經排除了液體、氣體和玻璃的表觀非對稱性(事實上,它們比人們想像的要對稱得多)。在我看來,下一步是考察那種規則的、但包含信息的系統。一方面,它在空間中是規則的,從而我們能夠將其「讀出」;另一方面,它的相鄰「單元」含有不同的元素。明顯的例子是DNA;在日常生活中,一行文字或一段電影膠片有著同樣的結構。這種「載有信息的晶狀性」看來對於生命是至關重要的。生命的發展是否需要進一步的對稱破缺,根本還不清楚。
要是繼續探討生命中發生的對稱破缺,我想至少還有一個現象是可以確認的,並且是普遍或相當普遍的,即時間維度的編序(規則性或周期性)。在許多關於生命過程的理論中,規則的時間搏動都發揮著重要的作用,如發育理論、生長和生長極限理論、記憶理論。在生物體中,時間上的規則性是很容易就能觀察到的。它至少發揮著兩種作用。首先,從環境中提取能量、以維護持續的准穩定過程之方法,大多需要具有時間周期性的裝置,比如振蕩器和發生器,生命過程也不例外。其二,時間上的規則性是一種處理信息的手段,類似於負載信息的空間上的規則性。人的口語就是一個例子;另可注意的是,所有計算機都使用了時間脈衝。前面提到的那些理論還暗示有第三種作用:利用時間脈衝的相位關係來處理和控制細胞和有機體的生長與發育。[⑤]
在某種意義上,結構——目的論意義上的功能性結構,而不僅僅是晶體的形態結構——必須視為破缺對稱層級結構中的一個台階,可能介於晶體性和信息弦之間。
基於層層推測,我想,下一個台階可能是功能的層級化或專門化,抑或兩者。到了某個程度,我們必須停止談論不斷降低的對稱性,而要開始稱其為不斷增加的複雜性。因此,隨著複雜性的增加,我們將循著科學的層級結構上升。我相信,在每一個層級上,我們都會遇到迷人的、非常基本的問題,即:將不那麼複雜的部分組合為一個更為複雜的系統,並理解由此而來的本質上新型的行為。
多體理論和化學中出現複雜性的方式,與文化理論和生物學中出現複雜性的方式是不能相提並論的,除非你泛泛地說,系統與其部分之間的關係是一個單向通道。綜合幾乎是不可能的;另一方面,分析不僅是可能的,而且在各個方面都是卓有成效的:如果沒有理解超導中的破缺對稱,約瑟夫森(B. D. Josephson)或許就不會發現以他的名字命名的效應(約瑟夫森效應的另一個名稱是「宏觀量子干涉現象」:超導體中電子的、或超流液氦中氦原子的宏觀波函數之間的干涉效應。這些現象極大地擴展了電磁測量的精度,在其各種可能的應用中,可以預期它將在未來的計算機中發揮重要作用,最終或許會帶來這十年的某些重大技術成就[⑥])。卓有成效的另一個例子是,將遺傳學還原為生物化學和生物物理學,整體上改寫了生物學的面貌,這將帶來難以估量的重大後果。因此,近期一篇文章[⑦]所主張的觀點——我們都應當「耕耘自己的谷地,而不要試圖在不同學科之間修建跨越山脈的道路」——是不對的。事實上,我們應該認識到,這樣的道路,特別是通往相鄰學科的捷徑,僅僅從一個學科的視角是看不出來的。
粒子物理學家的傲慢以及他們的內涵性研究或許是我們的依靠(正電子的發現者說:「剩下的都是化學了」),但我們必須擺脫一些分子生物學家的傲慢,那些分子生物學家力圖將人體組織或機能完全還原為化學,從普通的感冒和各種精神疾病一直到宗教本能。人類行為學與DNA之間的組織層次,顯然要比DNA與量子電動力學之間的層次要多,並且,每個層次皆要求全新的概念構架。
在文章結尾,我借用經濟學中的兩個例子,來說明我想傳達的觀點。馬克思(Marx)說,量變會引起質變;不過,20世紀20年代巴黎的一場對話總結得更清楚:
菲茲傑拉德(Fitzgerald):富人不同於我們。
海明威(Hemingway):是的,他們有更多的錢。
[①] V. F. Weisskopf, in Brookhaven Nat. Lab. Publ. 888T360 (1965). 亦參見Nuovo Cimento Suppl. Ser 1 4, 465 (1966); Phy. Today 20 (No. 5), 23 (1967)。
[②] A. Bohr and B. R. Mottelson, Kgl. Dan. Vidensk. Selsk. Mat Fys. Medd. 27, 16 (1953).
[③] 破缺對稱與相變:L. D. Landau, Phys. Z. Sowjetunion 11, 26, 542 (1937)。破缺對稱與集體運動,一般討論:J. Goldstone, A. Salam, S. Weinberg, Phys. Rev. 127, 965 (1962); P. W. Anderson, Concepts in Solids (Benjamin, New York, 1963), pp. 175-182; B. D. Josephson, thesis, Trinity College, Cambridge University (1962). 專題討論:反鐵磁性,P. W. Anderson, Phys. Rev. 86, 694 (1952);超導電性,——, ibid. 110, 827 (1958);ibid. 112, 1900 (1958);Y. Nambu, ibid. 117, 648 (1960)。
[④] F. London, Superfluids (Wiley, New York,1950), vol. 1.
[⑤] M. H. Cohen, J. Theor. Biol. 31, 101 (1971).
[⑥] J. Clarke, Amer. J. Phys. 38, 1075 (1969); P. W. Anderson, Phys. Today 23 (No. 11), 23 (1970).
[⑦] A. B. Pippard, Reconciling Physics with Reality (Cambridge Univ. Press, London, 1972).
來說一個並沒有多麼高大上的知識。
最近在感冒,一直流鼻涕,非常不耐煩的我去搜索了一下「如何才能不流鼻涕」,意外了解到了鼻涕的形成。
原來我們的身體里有一種叫做巨噬細胞的東西,當我們感冒的時候,巨噬細胞就會主動的去感染感冒病毒,而鼻涕就是吞噬了這些病毒的巨噬細胞的「屍體」。
想一想竟然覺得很溫暖,為這種透著一點噁心的蠢萌……
「為了你情願犧牲自己去吞噬病菌也沒關係。」
「哪怕變成醜醜的鼻涕也沒關係。」
原來還有這種為了保護我可以赴湯蹈火粉身碎骨的存在呀~
原來我並不是孤獨的作戰呢~
瞬間又變成了力量滿滿的元氣少女。
(?????) ?
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更新:來自評論@顧拉風
身體里這種系統很多呀~不止默默耕耘然後犧牲的各種吞噬細胞,還有拚命阻止各種污染物進入大腦的血腦屏障,通過各種突觸一環扣一環地接觸、釋放遞質、遞質又和各種終板結合最後才能運作的神經系統等等,人體真的是一個很精妙的系統,上生化課的時候經常會有「哇,能健康活著真是萬幸啊」這種很感動的感覺。
update 2015/02/04
======原始答案=======
課設做一級減速器圖紙用了三四天廢寢忘食還漏洞百出(a0圖紙),對於人類現存所有機械都有了全新認識,至於航空母艦,太空梭這種怪物簡直是上帝工程了。。
=====15/02/02更新=====
第一次過百贊受寵若驚,詳細更新一下吧,看了評論區大部分是理工科背景,我從科普的角度大概再具體介紹一下為什麼說是「上帝工程」。
答主是材料科學專業的,其中有一門課是機械設計基礎,課設要求做一級圓柱齒輪減速器的設計。
就是這貨:
附加一個皮帶(v帶)減速,輸出是一個卷揚機。
給的參數是輸出力,輸出端直徑,輸出轉速,工作環境and工作批次。
直接說結果吧
其中前四張是A0圖紙分解拍了四塊,後兩張是兩個A3的零件圖,看上去好像並不是很誇張的樣子,關鍵是在於:
圖面上幾乎百分之九十八的線長短、粗細、位置、朝向都是計算得出而不是隨手連起來就可以啊!
只說這個題目的設計過程(簡要):
- 選用電動機:考慮輸出功率,各級零件傳動損耗計算得出。
- 軸的設計:軸一般都是多級的,每一段的長度和直徑要考慮選材、軸段承受的扭矩軸向力功率根據經驗公式計算得出。
- 箱體設計:這個細化就很複雜了,考慮潤滑方式開不開油溝啦,裡面設計多深啦,散熱夠不夠啦,潤滑油夠不夠啦,強度夠不夠啦,方不方便加工啦(鑄造拔模斜度)存在一大堆經驗公式去計算。
- 附件設計:吊環吊耳、測油尺、油栓、窺視孔、起蓋螺釘……工作環境對這部分設計影響很大,比如多塵環境要考慮防塵,震動環境要考慮阻尼材料和餘量神馬的。
- 普及一個答主最頭疼的東西叫做配合公差,(工科背景可以跳過啦~)簡單的說比如一個孔一個軸,並不是說孔開幾個厘米,軸剩幾個厘米就可以了,因為加工技術做不到精準的尺寸(這裡不是說精密加工,而且精密加工也有其極限),所以說孔和軸都是有誤差的,這個誤差能多大比較好就是配合公差,以基孔為例,軸如果小太多的話,工作會震動,噪音大還容易壞,軸大了的話塞不進去。(對於高速運動部件,零點幾個毫米的誤差都會極大影響工作體驗)。
- 校核:驗算是否滿足強度
最後寫設計說明書寫了二十多頁可想而知。
我們學校老牌985要求純手工出圖,不準用CAD,這麼廢寢忘食畫下來算下來得有三天三夜,而且答主放出的圖片是驗收答辯前的,裡面還有一堆的錯誤,歡迎找碴~手工製圖的問題在於,很多錯誤牽一髮而動全身,一錯約等於要重畫,你連改的慾望都沒有了。
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補充,查了一下以波音737為例,全機約有38.5萬個零件(新浪報道),在沒有電腦出圖的時代人類居然能造出這種東西飛上天去,心裡一萬頭草泥馬飛過啊。
&<太空梭歷史&>
1969年4月,美國宇航局提出建造一種可重複使用的航天運載工具的計劃。1972年1月,美國正式把研製太空梭空間運輸系統列入計劃,確定了太空梭的設計方案,即由可回收重複使用的固體火箭助推器,不回收的兩個外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。經過5年時間,1977年2月研製出一架企業號太空梭軌道器,由波音747飛機馱著進行了機載試驗。1977年6月18日,首次載人用飛機背上天空試飛,參加試飛的是宇航員海斯(C·F·Haise)和富勒頓(G·Fullerton)兩人。8月12日,載人在飛機上飛行試驗圓滿完成。又經過4年,第一架載人太空梭終於出現在太空舞台,這是航天技術發展史上的又一個里程碑。&<計算機歷史&>
1970 年
IBM S/370這是IBM的更新換代的重要產品,採用了大規模集成電路代替磁芯存 儲,小規模集成電路作為邏輯元件,並使用虛擬存儲器技術,將硬體 和軟體分離開來,從而明確了軟體的價值。
1975年4月
Altair 8800MITS製造的,帶有1KB存儲器。這是世界上第一台微型計算機。
1977年4月
Apple IINMOS6500 1MHz CPU,4KB RAM 16KB ROM,這是計算機史上第一個帶有彩色圖形的個人計算機
1981年8月12日
IBM PC採用了主頻為4.77MHz的Intel 8088CPU,內存64KB,160KB軟碟機,操作系統是Microsoft提供的MS-DOS
1983年1月19日
APPLE LISA第一台使用了滑鼠的電腦,第一台使用圖形用戶界面的電腦。
1983年3月8日
IBM PC/XT採用INTEL8088 4.77MHz的CPU,256K RAM和40K ROM,10MB的硬碟,兩部360KB軟碟機。
1984年8月
IBM PC/AT採用Intel 80286 6MHzCPU, 512KB內存,20MB硬碟和1.2M軟碟機。
=====15/02/04更新=====
感謝大家的支持,仔細看了看大家在評論區裡面的評論(抱歉沒有一一回復,實在太多了,而且知乎每回復一條會跳到最末又要重新翻回來實在是難受……)
更新一些大家比較熱門的話題,也可以看作統一回復:
- 就評論區來看,減速器設計是我國工業教學的優良傳統,時間跨度可以向前翻30年,區域跨度可以橫跨中國大部分工科類大學,普遍的模式是集中課設,手繪出圖(部分需要建模),答主就讀於哈工大,大三,材料類。
- 感謝 @徐輝輝 提及,製圖另外一個震撼在於圖像是二維的,儘管圖紙中包含了三維需要的信息,但是從二維反推三維,或者從三維想像二維對於大部分人是有難度的,特別在截面上更容易漏畫,因為作為設計者,你需要考慮設計的合理性和使用性,而圖紙交給加工者,加工者只負責加工,剖面的錯誤畫線很容易讓你的零件實心變空心,空心變實心。在課設之前,學校專門有課程安排答主去拆裝了減速器的。
忽略答主的逗,我只是想給大家展示下齒輪軸結構而已。
感謝 @Spiker Ng的補充
看到了有趣的回答,我也來補充一些有趣的見聞。船舶建造的圖紙在沒有普及CAD的時候是要1:1放大樣的,我理解目的是為了精確流線、軸系校核以及預加工(做畢設的時候聽導師提到,還請船體的同學指正)。對於一些型線比較複雜的部位還會做一些大比例的木模。所以有些老廠房裡邊不擺設備就是為了方便繪圖員趴在地上工作的。
弗吉尼亞級級的首艘弗吉尼亞級號(SSN-774, 2003下水, National Geographic Megastructures USS Virginia, Virginia-class submarine)在軍艦類開始使用CAD設計,做3D碰撞檢查。之後利用CAD進行全部件3D模擬總裝的設計有波音777(1994首飛, Boeing 777),福特級首艦福特號(CVN-78, 2013下水 Gerald R. Ford-class aircraft carrier),而且都用的是法國達索的CATIA。
生產力的解放,再加上高級語言的發展,編程像英語一樣普及也是件非常令人期待的事。
那個年頭,連滑鼠都沒有,人類硬是憑著一雙手,飛出了地球,僅以此答案,向所有老一輩科工人員致敬。
重元素都是大恆星才能造的。。。比鐵重的得用超新星。。。鉛塊很便宜但是那都是超新星啊。。。
有機物的元素是大恆星核反應的經典反應通路。碳氮氧循環。
植物里最大量的蛋白質是1,5-二磷酸核酮糖羧化/加氧酶。這個酶極其古老。
眼鏡的加亮增透膜用了光的干涉特性。事實上涉及了光子的波函數性。。。加一層膜反而增加了透過率。這是以經典方式難以理解的。
GPS用了廣義相對論。。。
生物體的構造和燃料是同樣的東西。。這是一個用純木頭蓋的燒木頭的爐子。。
纖維素是糖的聚合物。。古代中國的絕大多數建築理論上經過加工都可以吃。。
長弓,藤甲。。同樣是理論上經過加工可以吃。古羅馬弩炮(這貨可以把26公斤的石彈打出300米遠---百度百科) 也一樣可以吃。
有一種塑料叫PLA。是3D印表機的常用材料。由玉米澱粉加工而成。
人的神經傳導速度是極慢的。人眼的捕捉速度也很慢,可是人可以打乒乓球,在這個運動里,眼睛看不見球,看見了肢體也來不及做動作。但是人類的大腦通過讀取對方動作計算出了球的位置。預先在球飛行之前放出了信號。然後以一個極其精確的角度攔截了球。這對於計算機來說都是很難的事情。
人腦的運算能力超過大型計算場。接近(不能確定)全世界所有計算場計算能力的總和。
人類的胚胎髮育過程中,有一個步驟是細胞們解除粘性,轉換為變形蟲形態。然後根據化學信號分布爬到某個目的地,排布好,回復粘性,繼續發育。(發展為內胚層和中胚層的細胞穿越原條的過程)
細菌產生抗藥性的方式是轉基因,而且有著詭異的協議專門傳遞抗藥性基因。非常類似現代的開源軟體方式。快速的話,一些細菌可以在15天內產生抗藥性。
偉哥可以提高認知能力。
毛衣的靜電的電壓上千伏。
大氣晴空電場的強度接近每米100伏。
水會自發的產生核聚變,只是速度並不快。可以在家自製一個產生核聚變的裝置。用來產生中子射線。(比如Fusor)
人所積累的電荷會產生比較高的電壓,但是電量不大(相對於人而言)。但是對於晶元,就是極具毀壞性的擊穿電流。所以晶元的每個引腳都要加保護措施。用來放靜電,所耗費的面積還不小。
內存不能無限大的一個原因是因為宇宙射線,宇宙射線每時每刻都在穿過地面,而一個粒子可以造成電離出上百萬個電子電荷。所以內存的每一位的電荷都要大於這個數。這就要求每一位都需要一定的電容,也就是需要面積。
泡沫坍縮的時候會產生超高溫,以及強烈的爆炸和震蕩波。這種爆炸有助於把污物震落。這是每天洗衣時都會發生的事。
電路分析,受力分析,傳熱分析,頻譜分析裡面常用的一個東西叫快速傅里葉變換,它還有個用途是做乘法。加密之類的運算常用。
顯卡的運算能力可以達到CPU的1000倍。只是對GPU的編程比較難,一般人玩不轉。顯卡的主要用途包括遊戲,比特幣,人工智慧以及組成大規模計算場。每一個相關領域的研究者都應該感謝那些遊戲玩家,正是他們的堅持不懈的消費才可以讓學者們以如此低廉的價格買到如此牛掰的裝備。
光碟機裡面有個激光器。拿出來可以做個激光雕刻機。
我們看到的物體的顏色其實並不是我們看到的。物體的顏色不僅與物體的顏色有關,也與環境光相關,不同的環境光下物體的實際顏色是截然不同的。(比如說有個影子什麼的環境光就變了)。可是人腦依然可以抽取顏色的真實信息,一方面是人腦具有自動白平衡的功能,另一方面是因為人腦對熟悉物體自動腦補了顏色。
二維圖像的三維重建是非常困難的。可是每個人都能把看到的圖像轉化為三維信息,這是因為人腦記住了所有常用物體的大小從而自動腦補出來的。所以對於陌生物體,人類實際上既不知道它的真實大小,也不知道它的遠近。(最典型的就是在毫無參照物的雪地里的空間失調感,在飛機上看沒有陸地的大海也不知道大海的距離。)
腦補的現象極其常見,絕大多數被人類所忽略。可是腦補是可以被干擾的。比如說用一塊寫滿了"BLUE"的綠色牆體。一些人看了之後就會自動把它記憶成藍的。。。。
========超過了500贊了======= 再補點=====
毛豆 和 黃豆是一種東西
捲心菜,紫甘藍,菜花,西蘭花,苤藍,羽衣甘藍,芥藍。都是一個物種。
小學計算機玩的LOGO語言是LISP的一個變種。它實際上是一種函數式語言。
Javascripts也是一種函數式語言。它有個綽號。叫做「披著C語言外衣的LISP」。
氫氰酸是一種劇毒物質。氰酸物大多都有劇毒,元首就是用氰化物自殺的。可是在生命的早期。它極有可能是一種維生素。對於生命極其重要的腺嘌呤(ATP, RNA,DNA 還有cAMP之類的都有它)的化學式就是H5C5N5。有學者認為認為早期的腺嘌呤是由5分子氫氰酸直接聚合而成的。
中樞神經系統的可塑性是極其可怕的。
外周神經和中樞神經分別發育,然後再連接在一起。中樞神經系統隨後識別具體哪根神經纖維是幹嘛的。所以斷手斷腳之類的事情之後神經接上了一段時間之後會回復功能(有點類似於一捆電纜斷了之後只是把電纜連上但是裡面的線都是瞎連的。
有個例子是切除了大腦的一個半球。結果活得挺好
還有個例子是天生沒小腦。也活得挺好
有個哥們自幼失明,可是這個哥們比較猛,他用回聲定位來「看」這個世界。於是也活得挺好。
催產素是一種廣泛存在的物質,在男女的大腦里都存在,而且濃度差不多。催產素與許多行為極其相關,愛情,友情,關心子女,照顧他人,宗教信仰,學習記憶等等等等。
如果想要直觀的理解上面這條。幻想一下「愛」或者「關心他人」或者「虔誠的皈依」時候的心情,一種特殊的,渴望對他人好,像感動一樣的感情堵在胸口,開心又難受。然後有一種令人踏實的安全感。這就是催產素分泌時的感覺了。(相信大家都對這種感覺並不陌生)。
很多實驗都表明,催產素對學習和記憶有促進作用。
阿爾伯特愛因斯坦的宗教觀是一種類似不可知論和自然神論的混合,他崇拜自然規律。他曾經說過
」那樣來解讀我的宗教觀當然是謊言,一個系統地重複著的謊言。我不相信人格化的上帝,我從未否認這一點,而且都表達得很清楚。如果在我的內心有什麼能被稱之為宗教的話,那就是對我們的科學所能夠揭示的、這個世界結構「。
虔誠的崇拜自然規律的一個好處是。當他/她看到 麥克斯韋方程組,大氧化事件,電子傳遞鏈,浸入式光刻,深度貝葉斯網路,RNA世界,標準模型 和 拉氏量 之類的東西的時候會感激涕零,催產素瘋狂分泌。內心充滿了皈依般的強烈情感。於是就瞬間全都理解並且都記住了。從而不太努力就成為了學霸。
我並不是在說我自己。
=============== 破了1000===========那再補點吧====
水會引起折射,這是由於水下的光速和在空氣中的不一樣。光子入水之後頻率是不會變得,變得是波長,(頻率乘以波長等於波速)。這些都是初中物理的知識。
伴隨著晶元工藝的飛速發展,人們對製程的要求越來越高(越小的MOS管速度越快,功耗越低,同時集成度可以做得越大)。這就要求光刻時的波長越來越短。。可是哪怕是紫光的波長都有400nm,製程最高能達到200nm.(由於衍射,不能小於半波長)。而波長越短的光,越難以被介質折射。折射紫外線需要特殊的材料,到X射線的程度基本上就沒什麼東西能折射它了。而且波長越短,頻率越高,光子的能量也越高。也越容易與物質發生吸收之類反應。這在當年造成了不小的危機。耗費巨資的實驗都失敗了。人們懷疑。摩爾定律還能不能繼續下去。
後來有個哥們說,扔水下刻,波長不就短了嗎。。。。。。。。。。
這就是沉浸式光刻技術,通過選用大折射率的液體。波長可以變得很短。於是晶元工藝以超摩爾定律的方式加速發展到了今天。
去年9月,英特爾推出了14nm製程的晶元。
IPhone4的那根捅sim卡槽的針是用金屬玻璃製成的。。強度奇高無比。
======哎?被搗亂的人踩得這麼靠後,居然還能破2000?==============那我再多寫一些吧====
先來個小把戲。
把一個小球下面放一個大球,然後鬆手。。。落到地上之後小球會以極快的速度衝上房頂
這是個初中物理小把戲。如果落地時速度是v,大球反彈時也是v, 小球反彈後就成了3v,換算成勢能就是原來的9倍。
如果是三個球大中小。。。。。那就是7v,勢能是49倍。場面會很帥。
有個倭黑猩猩叫kanzi,這貨會用一種人工語言和人交流(猩猩很難發出人類的聲音,所以是藉助計算機交流的)。
他還會用火,也會做飯(對於這點我覺得很多男生和女生應該感到羞愧)。
想不出演算法的時候可以試試多來幾個隨機數。
確定性演算法,隨機性演算法和量子隨機演算法的能力是不同的。
比如說從網路按順序下載倆視頻然後對比是否相同,確定性演算法必須把第一個視頻存下來然後才能比較。
可是隨機性演算法呢?它可以利用某種隨機方式抽取第一個視頻的特徵,然後再抽取第二個。有一些特徵之後就可以以趨近於0的錯誤率來比較了。(想到MD5的同學加5分)。
在這個問題里,確定性演算法的空間複雜度下限是O(n), 而隨機演算法則是O(1).
還有一個例子是想要看倆N維矩陣A和B,看看它們乘起來是不是等於C。確定性演算法很難想到比真的乘一下更快的。
隨機性演算法呢?它可以產生一個N維隨機向量x作為"探針",看看(x*A)*B 是不是等於 x*C.不是的話肯定就不一樣了,是的話也不見得一樣,可是多試幾次都一樣那就真的一樣了。
由於向量和矩陣的乘法時間複雜度是O(n^2)的,所以整體複雜度也是O(n^2)的。低於乘起來的複雜度,僅僅和輸入複雜度一樣。
隨機性演算法還有一個特點就是它總是重複的做很多次不靠譜的事情來形成一個靠譜的結果。本質是並行的。很適合高並行化的運算架構。。。
那麼哪些運算架構是高度並行化的呢?。。看到上面說的顯卡和人腦了嗎?
為了以「簡單」的方式來表示複雜的事物,人類發明了「形式文法」這種東西。
大家常用的正則表達式,還有編譯方面的巴科斯範式。以及各種各樣的計算語言啊。HTML表示啊,JSON方法啊。等等等等,都可以說是形式文法的衍生物。
可是人類並不是唯一用這種方式產生複雜事物的生物。植物產生形態也採用了類似的方式(其實遠不僅僅是植物)。於是人類利用形式文法的方式做了個東西叫做L-系統,它可以產生相當逼真的植物(很多遊戲和電影里產生樹啊草啊神馬的就是用得這種方法)。
大多數「簡單」的計算機問題在加上限定條件之後都會變得比較難,比如說內存順序放著倆數組a0,a1...an,b0,b1...bn。想把它們變更為a0,b0,a1,b1........an,bn屬於極其容易的問題。面試都不會考,但是如果加上幾個要求時間複雜度O(n), 額外的空間複雜度O(1)這兩個限定就不一樣了。(有興趣的可以試試)
有個帥哥解了這題之後有人給他發了篇SCI。
(未完待續)
=================轉載聲明==========================
未經作者同意,不得轉載。
=================分割線============================
我剛才閑得蛋疼查了一下academic genealogy(翻譯成學術家譜?),發現我的PhD導師的PhD導師的PhD導師的...(一共20代)...的PhD導師是萊布尼茨。。。萊布尼茨。。。萊布尼茨。。。而且中間每一代的博士畢業論文都能查得到耶!
瞬間覺得自己好流弊腫么破!覺得自己好高大上腫么破!覺得整個世界都不同了腫么破!我是萊布尼茨的第二十代弟子啊啊啊啊啊!那個和牛逼頓分別獨立發明了微積分的萊布尼茨啊!那個和牛逼頓對噴了一輩子的萊布尼茨啊!我真的是好愧疚,覺得有辱師們啊腫么破!學的動物醫學,就是獸醫。在學習各種棲居於這個世界上的生物時,總有那麼幾個瞬間讓我驚嘆不已~~
做個目錄,方便眾位看官跳讀:
1.與人類很像的豬
2.世界上最專一、最恩愛的生物—氣管比翼線蟲
3.聰明到恐怖的單細胞生物—弓形蟲
【膽小慎入】
4.愚蠢透頂的非典病毒
5.女王大人和她的男後宮們—食骨蠕蟲
【重口味,慎入】
6.善良又呆萌的小精靈—松鼠
【全年齡段推薦】
7.神通廣大的細菌—大腸桿菌
【不建議配飯閱讀】
正文:
1.豬和人雖然看著差很多,在親緣關係上也沒有靈長目的黑猩猩等與人相近。但神奇的是:豬和人的皮膚結構很像、心血管系統很像、就連臟器的結構、位置和重量也很像!!而且不可思議的是,豬和人的免疫機制幾乎一樣,所以,基本上所有豬能得的病,人都能得,所有能讓人感染的病毒,也能讓豬卧倒。於是,豬作為一個和人長得不太像的實驗動物,在藥物研發疾病研究中,為人類作出了重要貢獻!還有,豬是一個愛乾淨的動物,它有定點排糞的習性,簡單說,就是吃飯的地方和拉屎的地方嚴格分開,別以為這個沒什麼了不起,但所有飛禽以及常見的各種家養寵物都做不到(某些寵物可以通過反覆訓練掌握定點排便,但不是習性)。話說豬的視力真的很不好,從娘胎里出來就自帶近視眼,於是乎…「豬撞樹上」真的有可能發生!
2.接著說一種主要寄生在家禽氣管中的線蟲—氣管比翼線蟲。它之所以稱為「比翼」,是因為雄蟲和雌蟲從到達寄生部位起,就一直「抱」在一起,永遠處於交合狀態,至死方休。那些說田鼠專一的,贊鴛鴦戀家的都弱爆了。而比翼線蟲這麼無人問津實在是太委屈它了!比翼線蟲自寄居開始便兩隻呈「Y」狀開始了造小蟲的活動,而線蟲原本就是「生殖機器」,一生下來能產多少億的後代根本無從統計…
3.這次說一種細胞內寄生蟲—弓形蟲。我簡直對弓形蟲崇拜得五體投地啊!因為它實在是太完美了,跟它相比,人類簡直就是渣!理由如下:
弓形蟲可以在「任何」一個具有細胞核的動物體內生存+弓形蟲既可以進行有性繁殖也可以進行無性繁殖,而如何繁殖僅僅是因為宿主不同+其生活史具有五種形態,而不同形態都又具有與之相貼合的生存環境,其「包囊」形態可以在寄主體內存在終生,並且各種宿主的免疫系統對其都束手無策+弓形蟲可以控制鼠的思維,讓其不怕貓,從而更易被貓捕獲,讓自己進入其唯一的終末宿主(貓)體內(中間宿主無限選擇,當然包括人,在此詳細說明下,弓形蟲僅在貓體內進行有性繁殖,在其他中間宿主體內進行無性繁殖,也就是說沒有貓,弓型蟲也能繁衍,但有貓,它就可以通過有性繁殖進行基因交換,篩選出優秀後代,從而不斷進化)+弓形蟲在動物機體免疫機能良好時根本不會鬧事,但一旦動物快要不行了,它就會從大腦、肌肉等各處鑽出來,然後通過各種途徑跑到體外,包括:唾液、尿液、眼淚以及精液和經血!以後再也不要說一個愚蠢的人是「單細胞」了,因為我覺得「愚蠢的人類」完全被單細胞的弓形蟲打敗了…
順便一說,歐美人大約60-80%感染,中國人沒有統計,呵呵…不過大家放心,弓形蟲很聰明的,不會在它的「房子」里隨意破壞。評論里有朋友說,其看過一個節目,說有一種觀點是很多貓奴就是被弓形蟲感染了才…未證實,不過還真是細思恐極!
【說得太恐怖惹學長生氣了,在此道歉。首先,除最後的「貓奴」未查證外,其他信息都有據可查,畢竟算科普,沒有證據不會亂說。其次,弓形蟲只有在女性懷孕期間且為第一次感染時,才有可能造成流產。其他情況的感染,都不會造成可觀測到的危害,大家不要怕!!喵星人該養還得養,人家是無辜的好伐!?】
(下圖是其真身和生活史)
4.說完了聰明絕頂的弓形蟲,再聊一下蠢蠢的SARS病毒:之所以說它蠢,是因為這種非典型冠狀病毒的生存方式實在是太不值得提倡了!簡直是利比亞的自爆卡車啊!(玩過紅警的懂?)非典病毒之所以現在已經消失掉了,主要是其咎由自取,與人類沒有多大關係。因為非典病毒的病程短(不利於傳播),發病癥狀明顯(易於識別),傳播途徑單一(上呼吸道),致死率高(宿主都死了自己也活不成),生存條件苛刻(35度以上生長就受抑制)。導致了其短時間內就受到其宿主(人)的高度重視,並主動採取隔離、預防、撲殺等接近變態的措施…最終,非典病毒在肆虐了很少一段時間後,突然間就銷聲匿跡了。
之前包括鍾南山在內的幾位專家都斷定是果子狸傳播的SARS,於是果子狸瞬間就成了國家瀕危物種,幸虧SARS自爆得早,才使得果子狸沒有絕種。直到好久以後,人們才確定中華菊頭蝠才是SARS的自然宿主,可憐的果子狸啊…就這麼差點被某種程度上比SARS還愚蠢的人類滅掉了.
5.是時候祭出珍藏的女王大人了!-食骨蠕蟲
對《人與自然》和《動物世界》有研究的朋友,都知道在自然界中「女尊男卑」的現象十分普遍,比如我們熟悉的蜜蜂和螞蟻,但與這次出場的食骨蠕蟲比起來…
食骨蠕蟲屬(學名:Osedax)是一類深海多毛綱動物,俗稱食骨蟲,得名的原因它們主要是靠在鯨遺體的骨頭上鑽洞來獲取骨頭裡的脂類物質,這些物質是它們主要的營養物質。
(以上內容來自百度百科)
有趣的是,食骨蠕蟲直到2002年才被發現,而且當時只找到了持續不斷排受精卵的雌性個體,科學家們以為雄性出去遊盪了,或者可能在其他骨頭上,於是就先把那堆雌性挪到了實驗室,並繼續尋找…可總也沒找到雄性,而且,這些雌性蠕蟲還在不停釋放受精卵!可蠕蟲都是雌雄異體的啊,當時的科學家們差點瘋掉了!
直到最後—科學家們在顯微鏡下發現了雄性個體,而且,這些雄性個體,一直都在雌性個體的身體內部!每隻雌性個體的體內有50-100隻雄性,而雄性個體在幼蟲期就不再長大了!!
請大家跟我一起腦補:女王大人說,我好寂寞,想生小蟲子。然後她體內100多男寵齊聲大喊「我來我來!」…
如果真的有上帝存在,我想跟他聊聊三觀
6.為了維護真善美以及各位還沒有崩壞的三觀,今日推出小萌物—松鼠
看過《殺死一隻知更鳥》的親一定會記得「知更鳥只唱歌給我們聽,什麼壞事也不做。他們不吃人們園子里的花果蔬菜,不在玉米倉里做窩,它們只是忠心地為我們唱歌。這就是為什麼說殺死一隻知更鳥就是一樁罪惡」這句話,而松鼠,也是一個善良又無害的小生靈。
松鼠多生活在寒溫帶針葉林及針闊葉混交林,食物主要是各類堅果及松籽。它們一到秋天就開始囤積食物,會分別埋在、塞在幾個不同的地方,曾有新聞報道稱小松鼠將堅果塞在了某人汽車的排氣管里=_=有的比較呆萌,會忘記之前的地方,等到第二年想起時,那裡都長出小樹苗了!想想松鼠圍著小樹苗找來找去滿頭大汗的場景就覺得好獃萌啊~
雖然看著很膽小,但只要與其保持在安全距離,它並不怕你,還會遠遠地跟你對視,有一次我就在植物園裡跟一隻對視了好久,那感覺太美妙了~
松鼠的育兒能力特彆強,雖然經常搬家,但從來不拋棄小松鼠,而小松鼠又比較弱,出生後30天內都不睜眼的。奈何松鼠的天敵尤其多,松鼠媽媽有時出去了就再也回不來,這時,松鼠媽媽的親朋好友就會去代為收養小松鼠,悉心照顧,視如己出。太善良了有沒有!
(所以你知道科學松鼠會起名字的初衷了沒?其實是我瞎猜的^_^)
(評論里的朋友說,科學松鼠會是因為果殼宇宙的梗,松鼠剝堅果,暗喻探索未知的世界。不過我還是倔強地喜歡俺這松鼠善良的梗( ̄▽ ̄))
7.時隔幾天再次更新,重磅介紹我的老夥伴—大腸桿菌君
那些被弓形蟲嚇怕了的少年們,我很遺憾地告訴你們,大腸桿菌君,比弓形蟲還神通廣大!首先要說明的是,大腸桿菌並不是僅在大腸中存在,相比於大腸,人類小腸中的大腸桿菌其實更多,要問原因的話,因為小腸更長-_-#
之所以說大腸桿菌更神通廣大,是因為相比於必須依靠細胞才能生存的弓形蟲而言,它既可以在各種動物體內生活,又可以在大自然的樹根底和大都市的垃圾里繁衍;是因為它進可興風作浪,引起腹瀉、嘔吐和菌血症,退可與動物共生,助其消化、合成維生素、抵禦外來致病菌…
人類總以為自己征服了地球,並常會說出「我們的征途是星辰大海」這類豪言。其實,我們不僅難以了解宇宙,就連與我們共生的細菌,也很難搞懂。而大腸桿菌,還是在眾多細菌中,人類了解最多的。因為培養簡單、繁殖迅速、遺傳背景清晰,所以,在分子生物學中被廣泛利用。它既可以將一段有用的DNA無限複製,也可使某類物質大量表達(如將胰島素基因導入,便形成了可以產胰島素的大腸桿菌,從而使貴比黃金的胰島素降到了白菜價),還可以像銀行一樣存儲有用的基因片段。
就我個人而言,大一就跟作為「感受態細胞」的它相熟(當時要幫師兄做「轉植酸酶的轉基因球蟲),大五畢設還要同它相伴(課題是仔豬腹瀉,在此說一下,我國每年由於大腸桿菌導致的牲畜腹瀉死亡、生長遲緩,會造成高達數十億的經濟損失,不要說跟你沒關係,豬肉的價格直接影響著CPI啊!)。在我看來,它真的像霧像雨又像風,就是不像菌!
順便一說,人類每天會排出10^11-10^13個大腸桿菌【數據來源自維基百科—「大腸桿菌」詞條】^_^
【原創內容,歡迎註明出處的非商業轉載,但原則上商業要象徵性給稿費的!天,我居然能說出這麼裝的話=_=】
學生物的
我們對生物了解的越多,就覺得生物越複雜。
最平常的是病毒和人體免疫系統的協同進化,從人類剛在地球上出現就開始了。病毒一直在學著如何騙過我們體內的免疫系統,而免疫系統也在不停地記住新的病毒,似乎這個過程永無止境。病毒對決細胞的暗戰,就像一部無時無刻在我們體內不斷上演的史詩級科幻大片,而我們自己卻毫不知情。
後來看了《自私的基因》......人體雖然是最精密的機器,但是說到底還是盛基因的容器罷了,容器會壞掉,基因卻會一代一代傳下去,永不消亡。現在我們體內的基因可能是幾千萬年前就存在地球上了......看了這本書,這個觀點一直在我腦海中縈繞,深深的感覺整個世界黑暗了......
哇,第一次得到這麼多贊~~開心
我來解釋一下@Elvis Yen 同學的問題:
基因的排序方式我可不可以理解為基因的排列順序?在DNA上都是線性排列,一般情況下是不變的,如果有融合或者倒位的情況就是變異了,變異有可能生,也有可能死,這就屬於變異和選擇的範疇了。
相同位置的基因控制的性狀表現出來不一樣,也有可能是好幾個基因協同控制一個性狀,所以親子代的關係其實就是基因的重新組合,每一對夫妻的小孩都是基因重新組合的結果,但從本質上來說,都是N千萬年前在那個「基因湯」中形成的各種基因片段組合的結果,地球上所有的生物都是基因的容器,人的食慾、性慾、求知慾等所有的生理慾望其實都是基因的陰謀。
意識也是基因編程操縱的結果,基因是一個優秀的程序員,它給予生存機器這麼一個指示:請採取任何你認為是最適當的行動以保證我們的存在。據道金斯說是與編程的原理一樣的,想想人工智慧吧!
為回答此問題特地從我微博找來這張長圖(真的有點長,慎入),很好玩,分享下。
PS:知乎大神好多,特別漲姿勢~~
http://weixin.qq.com/r/OHVsYy7EqhDVhz8AnyAc (二維碼自動識別)
湖北人愛說的【撒】,其實是屈原最愛說的【兮】的變音。
看到題主的問題,當時就翻了下白眼,因為這個問題太廣闊啦!每一個數學、物理、化學的方程式、每一個生物、歷史、化學、地理,哪怕一個最簡單的問題都呈現造物主的奇蹟,怎麼可能有人能回答出這個問題呢?從宇宙浩瀚星空,到你身體中幾十億個細胞,從萬有引力的神秘數值到化學催化劑的原理哪一個不是奇蹟呢?怎麼可能這個問題能有答案呢?
但是我還是太天真了....真的有一個比較好的答案.....
那就是《Symphony of Science》科學交響曲(國內又翻譯成《全球科學家大合唱》)
就是圖上這個搞音樂的小夥子John D. Boswell,他從09年起,致力於用收集全球頂尖科學家、哲學家關於科學的各種睿語珍言,和各種特效畫面,混音成一首首動聽樂曲。 科學交響曲系列旨在以音樂形式推廣科學知識。
簡單來說,就是他做了18首,每首大概3分多鐘的世界最厲害的科學家主持節目、參演視頻、採訪中的名言,並用音樂MIX,做成了一首歌。(國內把這種方法叫做「鬼畜」?)
所以你可以聽到人類最傑出的大腦的混聲大合唱:
史蒂芬-霍金(不解釋)
摩根-弗里曼 (上帝哈哈)
費曼(對,就是那個諾貝爾物理學家的費曼!)
羅素(對,就是那個又是文學家又是數學家的羅素)
阿西莫夫(對!就是那個科幻巨巨阿西莫夫!)
卡爾-薩根(本人男神,最偉大的科普作家和天體物理學家,《蒼白藍點》老版《COSMOS》作者)
理查德-道金斯(《自私的基因》作者是當今仍在世的最著名、最直言不諱的無神論者和演化論擁護者之一)
奈爾-泰森(之前推薦的,《宇宙:時空之旅》主持人,註明天體物理學家)
布萊恩-考克斯(BBC奇蹟系列主持人,英倫帥哥搖滾物理學家,迷倒萬千少女)
布萊恩-格林(《優雅的宇宙》《宇宙的構造》作者主持人,弦理論扛把子)
加來道雄(日裔美籍世界頂級物理學家,超弦理論奠基人)
卡洛琳·波爾柯(卡西尼探測器成像實驗室負責任,土衛三十五發現者)
等等等等等等等等等等等等等等等等等等等等.....
太多了!你想不想聽這些世界上最聰明的大腦對科學總結的睿智名言?想不想聽霍金羅素唱歌?想不想聽科學之歌?
目前18首目錄是這樣的,每一個主題是一群科學家的歌唱,問題每首歌都像詩一樣!!美美美,太美了!!!
我當時找資料的時候再聽,根本停不下來淚流滿面!!!不斷的被衝擊人類和科學的美好和奇蹟,都不是讚歎了。從晚上11點硬是興奮一晚上沒睡,到凌晨4點才睡著....「有哪些知識讓你驚嘆自己竟然活在那麼高大上的世界裡?」我想,這18首歌會是個很好的總結答案。
說了那麼多,為了方便大家,我把有幾首我特別喜歡的敲下來,當做科學之詩,或者你覺得麻煩,可以跳過我後面的摘錄,直接看視頻和音樂,但是我覺得當中剪輯的科學家的詞句,本身就是無與倫比美妙的詩,所以還是覺得打上來給大家看(都是真人以前說的呀,還能剪輯成詩歌!如果你懂英文,看這些會更有感觸,很多詞句中文是翻譯不出來的,網易公開課只翻譯了5集,問題我覺得翻譯的有點渣,反而是B站不少活的野生字幕君水平很高,所以結合詩句、B站野生字幕君,和自己的一些翻譯,敲出來,還挺累的,一首3分鐘,一首敲下來要弄個三四十多分鐘)
John D. Boswell第一首歌是09年發布的《輝煌的黎明/A Glorious Down》,也是我非常喜歡的,演唱著是卡爾-薩根和史蒂芬霍金(鼓掌)
《輝煌的黎明/A Glorious Down》
【卡爾-薩根旁白】
額…我不是很擅長唱歌,額,我現在試試看…
「唔兒——」「唔——兒」(素材來源自某片他在學鯨魚叫~)
(卡爾-薩根開始唱歌)
如果你想徹底從零開始做一個蘋果派
你必須先發明這個宇宙
空間布滿了蟲洞組成的網路
你也許會在另一個空間
另一個時間點出現
天空召喚著我們
倘若我們沒有自取滅亡
有一天我們將踏上前往星星的旅程!
讓黎明變得無比輝煌的
不是旭日,而是天空中閃耀的星系!
一個有著4000億顆太陽的清晨!
升起的是天邊的銀河!
宇宙中有不可估量的優雅的真理
精美的相互關係
令人驚詫的自然的法則
我們相信我們的未來在很大程度上
取決於我們有多了解這個宇宙
即便我們如塵埃般渺小
大腦不僅用來記憶
它對事物進行比較、綜合、分析
它創造出抽象的概念
即便最簡單的概念,例如我們對數字1的思考
也有精細的邏輯
大腦有它自己的語言
來檢測這個世界的構架與內涵
讓黎明變得無比輝煌的
不是旭日,而是天空中閃耀的星系!
一個有著4000億顆太陽的清晨!
升起的是天邊的銀河!
天空召喚著我們
倘若我們沒有自取滅亡
有一天我們將踏上前往星星的旅程!
(霍金大神)
數千年以來
人們一直想知道
宇宙是否無限延伸
抑或終有盡頭
從大爆炸到黑洞
從暗物質到巨大的危機
我們如今對宇宙的想像
總是奇特而誇張
(卡爾薩根)
我們多麼幸運,能生活在如今的時代
這是人類史上第一次
我們終於真正的拜訪其他世界
讓黎明變得無比輝煌的
不是旭日,而是天空中閃耀的星系!
一個有著4000億顆太陽的清晨!
升起的是天邊的銀河!
讓黎明變得無比輝煌的
不是旭日,而是天空中閃耀的星系!
一個有著4000億顆太陽的清晨!
升起的,是天邊的銀河!
【卡爾薩根旁白】
地球的表面不過是星辰大海的沙灘
我們剛剛向水中行走了一小步
而這海水是如此迷人
第二首也是人氣很高的《宇宙中的怪獸》 Monsters of the Cosmos
演唱著有:摩根-弗里曼/奈爾-內森/加來道雄等
【貌似星際迷航引子旁白】
「我將要去一個沒人敢去的地方!
進入到黑洞中」
「這太瘋狂了!」
【奈爾-內森旁白】
如果你陷進去了,你永遠就出不來了
黑洞會通過從頭到腳的撕扯賦予你死亡
【唱歌開始】
(摩根-弗里曼)
宇宙中的有怪物出沒
他們能吞噬所有的恆星
在這些等式里藏有一隻怪物!
因迷失而靠近它的一切都會被拖向死亡!
(加來道雄)
在黑洞的中央,萬有引力是無限大的
時間靜止,空間無依
每一個星系的中央都有一個黑洞
和數以百萬計的更小的黑洞
(女科學家聲)
引力的反常是如此的奇妙
以至於沒有什麼比此更加迷人
(摩根-弗里曼)
宇宙中的有怪物出沒
他們能吞噬所有的恆星
他們可以在無形中徹底摧毀空間本身!
因迷失而靠近它的一切都會被拖向死亡!
【旁白】
在上個世紀,對黑洞的研究經歷了從數學趣談到真實宇宙物質的一大巨變
顯而易見,這對於研究星系起源至關重要
沒有任何物質能夠得以逃脫,就連光也不例外
(Nothing can escape it,even light)
(唱歌)
無法計數的大量黑洞啊
在我們的星系周圍呼嘯而過
沒有任何物質可以照亮它們!
無法計數的大量黑洞啊
在我們的星系周圍呼嘯而過
沒有任何物質可以照亮它們!
(群唱)
大黑洞的中心其實是一個奇點
(奈爾-內森)
是一個具有無限大密度的點
(摩根弗里曼)
現存的一切物理定律都對它無效
巨型的恆星在能量不足時會發生坍縮
黑洞是燃盡後恆星的產物
真理可比科幻小說奇妙多!
(女聲)
引力的反常是如此的奇妙
以至於沒有什麼比此更加迷人!
(摩根-弗里曼)
宇宙中的有怪物出沒
他們能吞噬所有的恆星
他們可以在無形中徹底摧毀空間本身
因迷失而靠近它的一切都會被拖向死亡!
無法計數的大量黑洞啊
在我們的星系周圍呼嘯而過
沒有任何物質可以照亮它們!
無法計數的大量黑洞啊
在我們的星系周圍呼嘯而過
沒有任何物質可以照亮它們!
【男聲旁白】
沒有什麼能比黑洞更巨大和令人毛骨悚然的了
Nothing is bigger and scarier than a black
hloe
【女聲旁白】
黑洞是宇宙的已知部分,和現有科學尚未觸及的地方的邊界。
The boundry between the known universe and
the place beyond the reach of science。
第三首也是超高人氣的關於質量方程E=mc2的之歌《群星的秘密》(Secret of the Stars)
演唱者有:布萊恩-考克斯/布萊爾-科林/加來道雄/奈爾-泰森
【引子-電影旁白】
你喜歡神秘的故事嗎
我有一個講給你聽
概念解釋:相對論
時間、距離和質量之間神秘而奇異的關係
在我們講完之前,你一定會同意
真實比最神奇的幻想更神奇!
群星為何閃耀?
銀河為何璀璨?
【開始唱歌】(Brian Cox)
質能方程E=mc2
這就是點亮群星的引擎
能量轉化為質量
E=mc2
(加來道雄)
這就是群星的秘密
現在注意聽
你運動的越快,質量就會越大
運動的能量轉換成你的質量
(Brian Cox)
運動的能量
等於質量乘以光速的平方
大量的能量來源於微小的質量
光總是恆速運動
不管你如何去觀察
不管我想對你如何移動
光總是恆速運動
(Nelson Tyson)
不管誰在測量
不管你移動到那個方向
光速一如始終
不管它往哪移動,多快移動
你移動的越快,時間就會變慢
一切都會變慢
(Brian Cox)
當你移動時,時間會減速
時間以不同的速率移動
時鐘會運轉的更慢
(女科學家)
相對論極大的改變了我們看待世界的方法
(Brian Cox帥哥嚎叫)
它美麗,它崇高!!
一個簡單的方程凝聚整個宇宙的能量!!
E=mc2!
這就是點亮群星的引擎!!
能量轉化為質量!
E=mc2!
(加來道雄)
這就是群星的秘密!
(Brian Cox)
它是科學美麗的篇章
它是美麗而優雅的理論!
它是科學美麗的篇章
它是美麗而優雅的理論!
(Brian Green)
行星像地球一樣擁有固定的軌道
因為
它沿著引力的曲線
太陽的存在影響了空間的構造
(Brian Cox)
空間和時間被群星的質量彎曲
當物體通過這個彎曲的空間,它們也將會扭曲
【電影旁白】
所有的這一切都顯示出一個事實
時間和空間是相關的
(Brian Cox)
當你穿過彎曲的空間與時間
你會感覺到一種力
當你穿過彎曲的空間與時間
你會感覺到一種力
這種力就是引力!
多麼美麗,多麼崇高!
簡單的方程描述出全宇宙的能量!!
E=mc2!
這就是點亮群星的引擎!!
能量轉化為質量!
E=mc2!
這就是群星的秘密!
這就是群星的秘密!
.....
朋友們說要看費曼大神霍金大神,好吧第四首《量子世界》Quantum World
演唱者:費曼大神/摩根-弗里曼/弗蘭克·克洛斯/布蘭恩-考克斯/史蒂芬-霍金
【旁白:摩根弗里曼】
So,what are we really made
我們實際上是由什麼構成的?
(唱歌開始:摩根弗-里曼)
向原子深處探尋
你會發現微小的粒子
他們由無形的力量聚攏在一起
世間萬物都由微小的能量構成
從宇宙的熔爐里誕生
(Frank Close)
構成我們的原子由帶電負荷的電子
圍繞著龐大的原子核
(加來道雄)
量子理論
給予了我們的世界一個非常與眾不同的解釋
(Brain Cox)
宇宙是由
12個物質粒子!
4種自然力量構成!
宇宙是由
12個物質粒子!
4種自然力量構成!
這是多美妙而有意義的故事!
(理查德·費曼大神唱歌)
假設
那些小的東西
與大的東西大為不同
任何東西都不像它看起來那樣
它與大的世界有如此美妙的不同
世界是由雜亂無章躍動的東西組成
真令人難以置信!
(加來道雄唱歌)
量子理論
是如此的飄渺和離奇
甚至連愛因斯坦也捉摸不透
(Brain Cox)
在量子的世界
在粒子的世界中
沒有什麼是確定的
這是一個充滿可能性的世界
量子理論
給了我們的世界一個非常不同的解釋
宇宙是由
12個物質粒子!
4種自然力量構成!
宇宙是由
12個物質粒子!
4種自然力量構成!
這是多美妙而有意義的故事!
(費曼大神唱歌)
這非常難想像
所有這些瘋狂的東西
究竟真實是怎樣
電子像波一樣
但是卻又不是波
電子像粒子一樣
卻又不是粒子
(斯蒂芬-霍金大神唱歌)
我們需要萬物的終極理論!
哪怕它仍然超越我們的想像
我們需要萬物的終極理論!
也許是最終的巨大勝利!
科學的最終勝利!
(Brain Cox)
量子理論
給了我們的世界一個非常不同的解釋
宇宙是由
12個物質粒子!
4種自然力量構成!
宇宙是由
12個物質粒子!
4種自然力量構成!
這是多美妙而有意義的故事
【旁白,費曼大神結束語】
我不得不停下來了
我會留給你們自己來想像(費曼大神萌笑)
第五首本人很喜歡的《向宇宙的邊緣前進》 Onward to the Edge 很有我們的征途是星辰大海的感覺
演唱者:奈爾-內森/布萊恩-考克斯(教授你的出場頻率真高,不愧是婦女之友)/卡洛琳·波爾柯
【奈爾-內森引子旁白】
我們在探索宇宙的路上有一些標誌性的事件
其中之一是人類第一次離開地球
接下來是月球漫步
然後是什麼?
行星!
(開始唱歌:Neil Tyson)
朝著宇宙的邊緣前進
我們正朝著宇宙的邊緣前進
你我都身處於此
在這個小小脆弱的星球
朝著宇宙的邊緣前進
我們正朝著宇宙的邊緣前進
你我都身處於此
在這個小小脆弱的星球
(Brian Cox)
這是我們的太陽
但也只是茫茫星海中的一顆星
它是太陽系的中心
但也只是茫茫星海中的一顆星
水星是最接近太陽的行星
它炙烤著岩石寸草不生
(Neil Tyson)
月球上也有天空
也有地平線
那兒是另外一個世界
月球的天空中有地球
正如我們在地球上看到月球一樣
朝著宇宙的邊緣前進
我們正朝著宇宙的邊緣前進
你我都身處於此
在這個小小脆弱的星球
我們並非唯一去思考
無限世界的世界
我們並非唯一去思考
無限世界的世界
(女科學家Carolyn porco)
地球是個強力的信標
喚起我們的認知
當看到我們這顆小小淡藍的星球
出現在其他星球的天空時
讓我們產生一種強烈的觸動
當看到我們這顆小小淡藍的星球
出現在其他星球的天空時
讓我們產生一種強烈的觸動
土星的系統
是無比的輝煌
因為她的星環
和她形態迥異的衛星
(Neil Tyson)
行星們不再抽象
他們是另一個世界
或許還有生命存在
他們改變了我們對地球的思考
(女科學家Carolyn porco)
我們這顆小小淡藍的星球
我們這顆小小淡藍的星球
【Brain Cox旁白】
地球只是一顆在太陽光下懸浮的星塵
一個蒼白藍點(致敬卡爾-薩根)
(Neil Tyson)
朝著宇宙的邊緣前進
我們正朝著宇宙的邊緣前進
你我都身處於此
在這個小小脆弱的星球
(Neil Tyson)
朝著宇宙的邊緣前進
我們正朝著宇宙的邊緣前進
你我都身處於此
在這個小小脆弱的星球
我們並非唯一去思考
無限世界的世界
我們並非唯一去思考
無限世界的世界
(Brain Cox)
自然的法則
用極其微小的變化
創造出截然不同的世界
【Neil Tyson旁白】
當我們抵達宇宙的邊緣時
我們將會穿越孤獨的宇宙,從而知道
有些時候,至少現在
一個人必須心甘情願的愛著這些問題本身
好了好了,我已經知道肯定會有人嫌棄我煩了又臭又長,最後一首咯!真的最後一首我保證!!獻給科學家們《真實之詩》(The Poetry of Reality)
這一集人比較多,演唱者:卡爾-薩根/
邁克爾·舍默/雅各布·布朗勞斯基/奈爾-泰森/理查德-道金斯/Jill Tarter/Lawrence Krauss/費曼大神/布蘭恩-格林/霍金大神/PZ Myers/Carolyn Porco(直接唱歌)
(Michael Shermer)
科學是探索世界的利器
(Jacob Bronowski)
科學是一種人類特有的知識形式
我們總是站在已知世界的懸崖邊
(卡爾-薩根)
科學是世代相承的共同事業
我們銘記為科學鋪路的偉人
也體驗著他們的偉大
(Neil Tyson)
如果用科學的眼光看世界
世界將迥然不同
並且這種思想賦予你力量
(理查德-道金斯)
真實的世界裡詩歌廣為吟誦
科學是現實的詩歌
(卡爾薩根)
我們研究科學
生活將更美好
(理查德-道金斯)
真實的世界裡詩歌廣為吟誦
科學是現實的詩歌
(Jill Tarter)
人類的故事
是靈感在黑暗中碰撞出火花的故事
(Lawrence Krauss)
科學家們熱愛神秘
他們熱愛未知
(費曼大神)
我對未知毫無畏懼
比起畏懼我更到樂趣無窮
(Brain Greene)
這是一個廣袤無艮的世界
而我們只是其中一粒塵埃
(霍金大神)
我們對宇宙探索愈深入
會愈發感到世界的精彩
(Carolyn Porco)
置身於探尋真理的過程和探索本身
是條充滿真知灼見的道路
(理查德-道金斯)
真實的世界裡詩歌廣為吟誦
科學是現實的詩歌
(卡爾薩根)
我們研究科學
生活將更美好
(理查德-道金斯)
真實的世界裡詩歌廣為吟誦
科學是現實的詩歌
(Jill Tarter)
人類的故事
是靈感在黑暗中碰撞出火花的故事
(Brain Greene)
處於浩瀚宇宙孤獨一隅的我們
可以依靠思想的光芒
追溯宇宙開端後的那一短暫的瞬間
(PZ Myers)
科學改變了我們的大腦
讓我們對事物有一進步的思考
(理查德-道金斯)
科學用公正的事實
擺脫人類的個人偏見
真實的世界裡詩歌廣為吟誦
科學是現實的詩歌
(卡爾薩根)
我們研究科學
生活將更美好
能堅持看到這裡的給大家鞠躬,順便送給大家彩蛋喲,又花了時間找了
《科學交響曲》裡面出現的部分視頻名稱(包括剩餘12首我沒貼的),有興趣的可以觀看,送給能堅持看到這裡的觀眾們:
出現影片:
《卡爾薩根的宇宙 | Carl Sagan: Cosmos (1980)》
《霍金的宇宙 | Stephen Hawking: Stephen Hawking"s Universe 》
《Brain Cox BBC太陽系的奇蹟》
《Brain Greeen 優雅的宇宙》
《摩根弗里曼穿越蟲洞》
《奈爾-泰森的宇宙》+奈爾泰森2006年做的演講《超越信仰科學,理性,宗教》
(Neil deGrasse Tyson: The Universe + 2006 Beyond Belief Science, Reason, Religion)
《BBC 人體奧秘》《BBC哺乳類全傳》《BBC與遠古人同行》《BBC人類星球》《Discovery探索頻道:挑戰人體極限》
(BBC"s The Human Body, BBC-The Life of Mammals,BBC-Walking with Cavemen,BBC-Human Planet.BBC太多了= =反正BBC的都去看吧!)
Discovery Channel"s Human Body: Pushing the Limits)
《理查德-費曼:有趣的想像 1983》
(Richard Feynman: Fun to Imagine)
很多TED視頻,包括《TED:卡羅琳-波科帶我們傲遊土星》《TED:Brian Cox我們為什麼需要探索家》《TED:Michael Shermer自欺背後的模式》等等
《加來道雄:如何應對外星人》《加藤道雄:果殼中的宇宙》加來道雄N多紀錄片....
Michio Kaku: Michio Kaku On Aliens On Physics
Michio Kaku: The Universe in a Nutshell
《Bill Nye: The Eyes of Nye》
(Bill Nye是《the Science guy》電視節目的主持人)
《Robert Jastrow: Unknown》
(羅伯特.賈斯特羅(RobertJastrow),美國航空航太管理局戈達德太空研究院創始人,著名科學家,愛因斯坦全傳作者)
《理查德道金斯:為什麼宇宙看起來這麼奇怪》《查爾斯達爾文的天才》
Richard Dawkins: Why the universe seems so strange + The Genius of Charles Darwin
《David Attenborough: Charles Darwin and the Tree of Life - David Attenborough》
(戴維·艾登堡是BBC自然科學著名主持人,被授予爵士)
《Jane Goodall: What Separates us from Chimpanzees》
(珍妮·古道爾!!在世界上擁有極高的聲譽的動物學家,如果你度過牛津教材一定會學過她20歲跑到叢林里和黑猩猩在一起38年的故事)
太多了,好多我也沒看過- -不舉了。
恩,總之謝謝大家捧場~
從左上角順時針介紹下吧:
太陽裡面是熱核反應,地球的能量和負熵之源。
太陽輻射出來的是麥克斯韋方程組,萬有引力和廣義相對論方程,宇宙中無處不在的光和引力之波。
河流里奔騰的是流體力學的N-S方程。
萌 子在源源不斷的燃燒碳水化合物。
右下角是描述分形蕨的方程。
綠色的 正在默默的捕獲光能,將其轉化為低熵的碳水化合物。
而空中的高能宇宙射線,正轟擊/衰變各種成基本粒子。
展翅高飛的鳥群背後,是流體力學的伯努利方程。
山的曲線,可以用傅立葉級數展開。
正中間藏了一隻薛定諤的 ,哦不對,是薛定諤的方程。
正是這些低調奢華的方程,支配著我們這個高大上的世界。
最後用大神ukim的一句話結尾:
美麗有兩種
一是深刻又動人的方程
一是你泛著倦意淡淡的笑
每一次仰望星空,我們都是在回望過去。
金屬拉伸的時候是被剪切斷的,而不是拉斷的。
建議題主觀看紀錄片cosmos第一集,以及第五集。
第一集通過生動的類比和詳細的描述,向我們展示了歷史、神話、英雄、傳說、人類甚至地球都渺小到無法想像的地步。
第五集光線的秘密講述了十八十九世紀兩位光學奠基人的偉大發現,其過程的曲折動魄和理論的深遠意義,甚為宏偉壯觀。
我將死而又死,以明生之無窮。 ——泰戈爾
看了這麼多答案,竟然沒有量子自殺(量子永生)。。。。。。
這可能不止是一個高大上的世界,而可能是一個離奇到遠遠超出你的想像的世界。
這個想法是最初是在《上帝擲骰子嗎——量子物理學史話》裡面看到。
然後就覺得,此生再也擺脫不了這個念頭了。
我粗略查了一下,網上幾乎所有中文資料都來源於《上帝擲骰子嗎——量子物理學史話》第10章第2節。
但是直接看這一節對於完全沒有聽說過「量子」,或者看到「量子」就覺得這東西玄而又玄無從下手的人來說,無疑是天方夜譚。
而這個實驗的精髓,那種震撼與隨之而來揮之不去的不安,恰恰來源於它堅實的物理學基礎與嚴密而又巧妙的邏輯。
所以我想先試著補充一些背景知識。(假設讀者高中文科)。
① 不確定性
量子力學的建立,最大的影響,我覺得是「它給世界帶來了不確定性」這一點。
那麼,在這裡什麼是不確定性?
與「不確定性」一起出現的常常還有「概率」和「隨機」這兩個概念。
有人可能要問:我們生活中不是處處存在概率嗎?從拋硬幣到買彩票,從拼人品蒙答案到算了一遍又一遍的「摸出紅色小球的概率」,為什麼是直到量子力學的建立才給這個世界帶了概率?
這裡有幾個非常容易混淆的概念。
「概率是對隨機事件發生的可能性的度量。」
也就是說,我們在做出有關上面事件的描述,比如「拋擲一枚均勻硬幣,正面向上的概率是二分之一」的時候,隱含了一個前提,那就是「拋硬幣是一個隨機過程」。
「大量重複試驗中具有某種規律性的事件叫做隨機事件。」
在統計學意義上,上面那個描述毫無問題。(這裡的隨機定義好像是個循環論證)
但是當我們從物理學的角度來看,「拋硬幣」真的是一個「隨機」過程嗎?
假如我們能知道用大拇指彈出硬幣的力的大小、方向、作用點,能測出硬幣的體積、質量、轉動慣量、精確的形狀,能得到當前空氣濕度、摩擦係數、硬幣即將撞擊的桌面的彈力係數、摩擦係數等等變數的話,我們是能夠精確地算出最後硬幣到底是正面還是反面的。
這暫時是一個「確定性」過程。
同理,無論是彩票還是骰子還是「在不透光的盒子里摸小球」,都是,至少暫時是,一個「確定性」過程。
而這樣一種思路,即「萬物的運動都是確定的」(包括人腦的生物活動,也就是包括人類感情),將我們引向「機械決定論」,換一個詞就是「命運」。如果所有的運動(特地用括弧包括心理運動)都是「決定了的」,那麼是不是一切都是註定了的呢?如果知道初始狀態,和運動規則(最基本的如牛頓三大定律),那麼是不是所有的命運都可以由之推斷出來呢?
(如果對「命運」這個說法沒什麼感覺,這裡可推薦一發劉慈欣的《鏡子》)
有點跑遠了,請注意上面在描述「確定性」的時候我用了兩次「暫時」這個詞。因為量子力學的出現,幾乎終結了決定論。
具體的說,是一個實驗:楊氏雙縫實驗
具體有關這個實驗的原理,我就不累述了,要一下講清楚還真有點難。
簡單地說,通過這個實驗物理學家們發現,在微觀領域中,我們不能像牛頓計算天體的速度或是物理老師計算小滑塊的位移那樣來確定一個粒子(這裡是「光子」)的速度或位移,至少不能同時確定(海森堡不確定性定理)。他們發現「光子」(但是主流還認為是光是粒子)的運動和他們預期的不一樣。
至此,自然界的不確定性才被真正地揭露出來。
我們之前所討論的「概率」,或者是「隨機」,才真正有了自然的意義。
② 薛定諤的貓
這一定是一隻非常有名的貓。
因為它用生命來賣萌的精神以及其後深刻的量子物理思想,讓它現在成為了Geek文化的一個符號。
這裡引用《上帝擲骰子嗎——量子物理學史話》原文第8章第5節。
看之前請記住,我們已經有了「真正的概率」了,但是它還在微觀的層面上。以下會提到的原子衰變和上面所說的「不確定的光子」本質上都是一樣的(海森堡不確定性定理)。
在論文的第5節,薛定諤描述了那個常被視為惡夢的貓實驗。好,哥本哈根派說,沒有測量之前,一個粒子的狀態模糊不清,處於各種可能性的混合疊加,是吧?比如一個放射性原子,它何時衰變是完全概率性的。只要沒有觀察,它便處於衰變/不衰變的疊加狀態中,只有確實地測量了,它才隨機選擇一種狀態而出現。好得很,那麼讓我們把這個原子放在一個不透明的箱子中讓它保持這種疊加狀態。現在薛定諤想像了一種結構巧妙的精密裝置,每當原子衰變而放出一個中子,它就激發一連串連鎖反應,最終結果是打破箱子里的一個毒氣瓶,而同時在箱子里的還有一隻可憐的貓。事情很明顯:如果原子衰變了,那麼毒氣瓶就被打破,貓就被毒死。要是原子沒有衰變,那麼貓就好好地活著。自然的推論:當它們都被鎖在箱子里時,因為我們沒有觀察,所以那個原子處在衰變/不衰變的疊加狀態。因為原子的狀態不確定,所以貓的狀態也不確定,只有當我們打開箱子察看,事情才最終定論:要麼貓四腳朝天躺在箱子里死掉了,要麼它活蹦亂跳地「喵嗚」直叫。問題是,當我們沒有打開箱子之前,這隻貓處在什麼狀態?似乎唯一的可能就是,它和我們的原子一樣處在疊加態,這隻貓當時陷於一種死/活的混合。現在就不光光是原子是否幽靈的問題了,現在貓也變成了幽靈。一隻貓同時又是死的又是活的?它處在不死不活的疊加態?這未免和常識太過衝突,同時在生物學角度來講也是奇談怪論。如果打開箱子出來一隻活貓,那麼要是它能說話,它會不會描述那種死/活疊加的奇異感受?恐怕不太可能。
薛定諤的實驗把量子效應放大到了我們的日常世界,現在量子的奇特性質牽涉到我們的日常生活了,牽涉到我們心愛的寵物貓究竟是死還是活的問題。這個實驗雖然簡單,卻比EPR要辛辣許多,這一次扎得哥本哈根派夠疼的。他們不得不退一步以咽下這杯苦酒:是的,當我們沒有觀察的時候,那隻貓的確是又死又活的。
不僅僅是貓,一切的一切,當我們不去觀察的時候,都是處在不確定的疊加狀態的,因為世間萬物也都是由服從不確定性原理的原子組成,所以一切都不能免俗。量子派後來有一個被哄傳得很廣的論調說:「當我們不觀察時,月亮是不存在的」。這稍稍偏離了本意,準確來說,因為月亮也是由不確定的粒子組成的,所以如果我們轉過頭不去看月亮,它逐漸「融化」,變成概率波擴散到周圍的空間里去。當然這麼大一個月亮完全融化成空間中的概率是需要很長很長時間的,不過問題的實質是:要是不觀察月亮,它就從確定的狀態變成無數不確定的疊加。不觀察它時,一個確定的,客觀的月亮是不存在的。但只要一回頭,一輪明月便又高懸空中,似乎什麼事也沒發生過一樣。
不能不承認,這聽起來很有強烈的主觀唯心論的味道。雖然它其實和我們通常理解的那種哲學理論有一定區別,不過講到這裡,許多人大概都會自然而然地想起貝克萊(George Berkeley)主教的那句名言:「存在就是被感知」(拉丁文:Esse Est
Percipi)。這句話要是稍微改一改講成「存在就是被測量」,那就和哥本哈根派的意思差不離了。貝克萊在哲學史上的地位無疑是重要的,但人們通常樂於批判他,我們的哥本哈根派是否比他走得更遠呢?好歹貝克萊還認為事物是連續客觀地存在的,因為總有「上帝」在不停地看著一切。而量子論?「陛下,我不需要上帝這個假設」。與貝克萊互相輝映的東方代表大概要算王陽明。他在《傳習錄?下》中也說過一句有名的話:「你未看此花時,此花與汝同歸於寂;你來看此花時,則此花顏色一時明白起來……」如果王陽明懂量子論,他多半會說:「你未觀測此花時,此花並未實在地存在,按波函數而歸於寂;你來觀測此花時,則此花波函數發生坍縮,它的顏色一時變成明白的實在……」測量即是理,測量外無理。
當然,我們無意把這篇史話變成純粹的乏味的哲學探討,經驗往往表明,這類空洞的議論最終會變成毫無意義,讓人昏昏欲睡的雞肋文字。我們還是回到具體的問題上來,當我們不去觀察箱子內的情況的時候,那隻貓真的「又是活的又是死的」?
這的確是一個讓人尷尬和難以想像的問題。霍金曾說過:「當我聽說薛定諤的貓的時候,我就跑去拿槍。」薛定諤本人在論文里把它描述成一個「惡魔般的裝置」(diabolische,英文diabolical,玩Diablo的人大概能更好地理解它的意思)。我們已經見識到了量子論那種種令人驚異甚至瞠目結舌的古怪性質,但那只是在我們根本不熟悉也沒有太大興趣了解的微觀世界而已,可現在它突然要開始影響我們周圍的一切了?一個人或許能接受電子處在疊加狀態的事實,但一旦談論起宏觀的事物比如我們的貓也處在某種「疊加」狀態,任誰都要感到一點畏首畏尾。不過,對於這個問題,我們現在已經知道許多,特別是近十年來有著許多傑出的實驗來證實它的一些奇特的性質。但我們還是按著我們史話的步伐,一步步地來探究這個饒有趣味的話題,還是從哥本哈根解釋說起吧。貓處於死/活的疊加態?人們無法接受這一點,最關鍵的地方就在於:經驗告訴我們這種奇異的二重狀態似乎是不太可能被一個宏觀的生物,比如貓或者我們自己,所感受到的。還是那句話:如果貓能說話,它會描述這種二象性的感覺嗎?如果它僥倖倖存,它會不會說:「是的,我當時變成了一縷概率波,我感到自己瀰漫在空間里,一半已經死去了,而另一半還活著。這真是令人飄飄然的感覺,你也來試試看?」這恐怕沒人相信。好,我們退一步,貓不會說話,那麼我們把一個會說話的人放入箱子裡面去。當然,這聽起來有點殘忍,似乎是納粹的毒氣集中營,不過我們只是在想像中進行而已。這個人如果能生還,他會那樣說嗎?顯然不會,他肯定無比堅定地宣稱,自己從頭到尾都活得好好的,根本沒有什麼半生半死的狀態出現。可是,這次不同了,因為他自己已經是一個觀察者了啊!他在箱子里不斷觀察自己的狀態,從而不停地觸動自己的波函數坍縮,我們把一個觀測者放進了箱子里!
可是,奇怪,為什麼我們對貓就不能這樣說呢?貓也在不停觀察著自己啊。貓和人有什麼不同呢?難道區別就在於一個可以出來憤怒地反駁量子論的論調,一個只能「喵喵」叫嗎?令我們吃驚的是,這的確可能是至關重要的分別!人可以感覺到自己的存活,而貓不能,換句話說,人有能力「測量」自己活著與否,而貓不能!人有一樣貓所沒有的東西,那就是「意識」!因此,人能夠測量自己的波函數使其坍縮,而貓無能為力,只能停留在死/活疊加任其發展的波函數中。
意識!這個字眼出現在物理學中真是難以想像。如果它還出自一位諾貝爾物理學獎得主之口,是不是令人暈眩不已?難道,這世界真的已經改變了么?半死半活的「薛定諤的貓」是科學史上著名的怪異形象之一,和它同列名人堂的也許還有芝諾的那隻永遠追不上的烏龜,拉普拉斯的那位無所不知從而預言一切的老智者,麥克斯韋的那個機智地控制出入口,以致快慢分子逐漸分離,系統熵為之倒流的妖精,被相對論搞得頭昏腦漲,分不清誰是哥哥誰是弟弟的那對雙生子,等等等等。薛定諤的貓在大眾中也十分受歡迎,常常出現在劇本,漫畫和音樂中,雖然比不上同胞Garfield或者Tom,也算是有點人氣。有意思的是,它常常和「巴甫洛夫的狗」作為搭檔一唱一和出現。它最長臉的一次大概是被「恐懼之淚」(Tears for Fears),這個在80年代紅極一時的樂隊作為一首歌的標題演唱,雖然歌詞是「薛定諤的貓死在了這個世界」。
薛定諤的貓究竟意味著什麼?
只是一個 mad
scientist 想出來的奇想?還是虐貓狂人薛定諤至死不渝地賣萌?
這個著名思想實驗的本質是一個「放大器」。
回想一下我們從雙縫干涉實驗中得到了什麼?我們知道了那些小到幾乎難以觀測到的微粒在實驗中呈現出了不確定性?
這和我們日常生活有半毛錢關係?
難道我們還會期望,在打撞球時,當我們正常擊打白球,但它因為不確定性,第一次走直線,第二次飛上天花板,第三次像一隻麻雀一樣在房間里亂竄,第四次以接近光速飛出?
事實上,當初量子論的反對者們緊咬著這一點:量子效應不過只是微觀世界的幽靈,一旦到了宏觀尺度,統計結果填平了不確定性,牛頓三大定還是主宰了低速世界,我們還是可以精確得算出那個神奇的小滑塊的各種參數。
但是薛定諤用這個巧妙的實驗,直接繞開統計,把不確定性直接從一個微粒的衰變與否放大到一隻倒霉的貓身上。
粒子處在衰變/不衰變的不確定狀態?——那是什麼鬼?不明覺厲。
貓處在生或死的不確定狀態?——卧槽,那怎麼可能?
如果量子效應是幽靈,那麼它的驚訝與惶恐往往只屬於有著陰陽眼的物理學家們。而薛定諤就是一個通靈師,他直接讓幽靈以一隻貓的形態現身於世,讓我們普通人也能直觀感受到這個世界的光怪陸離。
到目前為止我們還是只看到一隻名叫「量子效應」的幽靈貓。
有人會被萌到,有人會不不屑一顧,有人半信半疑,有人過目即忘。
那麼,如果有人站出來,指著我們的臉,大喊:「很好玩是吧?我現在要告訴你們,你們都是幽靈!」
你會怎麼想?
③ 量子自殺與量子永生
到此,鋪背景補充與墊都已經結束,我們終於可以一起來看這跳邏輯鏈的末端到底是一個怎麼樣的世界。
《上帝擲骰子嗎——量子物理學史話》原文第10章第2節:
量子自殺
量子力學裡, 量子自殺是想法實驗,這令人毛骨悚然和啼笑皆非的實驗在80年代末由Hans Moravec,Bruno Marchal等人提出,而又在1998年為宇宙學家Max Tegmark針對哥本哈根「波函數坍縮」中的「意識怪獸」,在那篇廣為人知的宣傳MWI的論文中所發展和重提。Max Tegmark認為宇宙有多個,量子的不確定性被分配到各個宇宙去,只要從主觀視角來看,不但一個人永遠無法完成自殺,事實上他一旦開始存在,就永遠不會消失!總存在著一些量子效應,使得一個人不會衰老,而按照MWI,這些非常低的概率總是對應於某個實際的世界!
量子自殺實驗
在一套設備里,利用原子衰變來控制扣動一把槍的扳機,我們就可以觀測當一個人被打死了(如果衰變--&>開槍)或者沒有(沒有衰變)。他遲早被打死,因為隨著原子衰變概率的增加,槍的扳機遲早會扣動。但對當事人本身的角度來說完全不是這樣。因為對他唯一有意義的就是「那些他活著的世界」。永遠都會有一個他活在某個世界!如果平行宇宙理論是正確的,那麼對於某人來說,他無論如何試圖去自殺都不會死!要是他拿刀抹脖子,那麼因為組成刀的是一群符合波動方程的粒子,所以總有一個非常非常小的可能性,以某種方式絲毫無損地穿透了該人的脖子,從而保持該人不死!當然這個概率極小極小,但按照MWI,一切可能發生的都實際發生了,所以這個現象總會發生在某個宇宙!其實不管換什麼方式自殺都一樣,跳樓也好,卧軌也好,上吊也好,總存在那麼一些宇宙,讓他還活著。從該人自身的視角來看,他怎麼死都死不掉!當然在其他無窮個宇宙里,他的親朋好友卻要為他哀悼了。這實際上也是薛定諤貓的一個真人版。大家知道在貓實驗里,如果原子衰變,貓就被毒死,反之則存活。對此,哥本哈根派的解釋是:在我們沒有觀測它之前,貓是「又死又活」的,而觀測後貓的波函數發生坍縮,貓要麼死要麼活。MWI則聲稱:每次實驗必定同時產生一隻活貓和一隻死貓,只不過它們存在於兩個平行的世界中。
量子自殺與薛定諤貓
兩者有何實質不同呢?其關鍵就在於,哥本哈根派認為貓始終只有一隻,它開始處在疊加態,坍縮後有50%的可能死,50%的可能活。而多宇宙認為貓並未疊加,而是「分裂」成了兩隻,一死一活,必定有一隻活貓!
現在假如有一位勇於為科學獻身的仁人義士,他自告奮勇地去代替那隻倒霉的貓。出於人道主義,為了讓他少受痛苦,我們把毒氣瓶改為一把槍。如果原子衰變(或者利用別的量子機制,比如光子通過了半鍍銀),則槍就「砰」地一響送我們這位朋友上路。反之,槍就只發出「咔」地一聲空響。
現在關鍵問題來了,當一個光子到達半鍍鏡的時候,根據哥本哈根派,你有一半可能聽到「咔」一聲然後安然無恙,另一半就不太美妙,你聽到「砰」一聲然後什麼都不知道了。而根據多宇宙,必定有一個你聽到「咔」,另一個你在另一個世界裡聽到「砰」。但問題是,聽到「砰」的那位隨即就死掉了,什麼感覺都沒有了,這個世界對「你」來說就已經沒有意義了。對你來說,唯一有意義的世界就是你活著的那個世界。
所以,從人擇原理的角度上來講,對你唯一有意義的「存在」就是那些你活著的世界。你永遠只會聽到「咔」而繼續活著!因為多宇宙和哥本哈根不同,永遠都會有一個你活在某個世界!
讓我們每隔一秒鐘發射一個光子到半鍍鏡來觸動機關。此時哥本哈根預言,就算你運氣非常之好,你也最多聽到好幾聲「咔」然後最終死掉。但多宇宙的預言是:永遠都會有一個「你」活著,而他的那個世界對「你」來說是唯一有意義的存在。只要你坐在槍口面前,那麼從你本人的角度來看,你永遠只會聽到每隔一秒響一次的「咔」聲,你永遠不死(雖然在別的數目驚人的世界中,你已經屍橫遍野,但那些世界對你沒有意義)!
但只要你從槍口移開,你就又會聽到「砰」聲了,因為這些世界重新對你恢復了意義,你能夠活著見證它們。總而言之,多宇宙的預言是:只要你在槍口前,(對你來說)它就絕對不會發射,一旦你移開,它就又開始隨機地「砰」。
所以,對這位測試者他自己來說,假如他一直聽到「咔」而好端端地活著,他就可以在很大程度上確信,多宇宙解釋是正確的。假如他死掉了,那麼哥本哈根解釋就是正確的。不過這對他來說也已經沒有意義了,人都死掉了。量子自殺的結論
無論如何,槍一直「咔」是一個極小極小的概率不是嗎(如果n次,則概率就是1/2^n)?怎麼能說對你而言槍「必定」會這樣行動呢?但問題在於,「對你而言」的前提是,「你」必須存在!
讓我們這樣來舉例:假如你是男性,你必定會發現這樣一個「有趣」的事實:你爸爸有兒子、你爺爺有兒子、你曾祖父有兒子……一直上溯到任意n代祖先,不管歷史上冰川嚴寒、洪水猛獸、兵荒馬亂、飢餓貧瘠,他們不但都能存活,而且子嗣不斷,始終有兒子,這可是一個非常小的概率(如果你是女性,可以往娘家那條路上推)。但假如你因此感慨說,你的存在是一個百年不遇的「奇蹟」,就非常可笑了。很明顯,你能夠感慨的前提條件是你的存在本身!事實上,如果「客觀」地講,一個家族n代都有兒子的概率極小,但對你我來說,卻是「必須」的,概率為100%的!同理,有人感慨宇宙的精巧,其產生的概率是如此低,但按照人擇原理,宇宙必須如此!在量子自殺中,只要你始終存在,那麼對你來說槍就必須100%地不發射!
但很可惜的是:就算你發現了多宇宙解釋是正確的,這也只是對你自己一個人而言的知識。就我們這些旁觀者而言事實永遠都是一樣的:你在若干次「咔」後被一槍打死。我們能夠做的,也就是圍繞在你的屍體旁邊爭論,到底是按照哥本哈根,你已經永遠地從宇宙中消失了,還是按照MWI,你仍然在某個世界中活得逍遙自在。我們這些「外人」被投影到你活著的那個世界,這個概率極低,幾乎可以不被考慮,但對你「本人」來說,你存在於那個世界卻是100%必須的!而且,因為各個世界之間無法互相干涉,所以你永遠也不能從那個世界來到我們這裡,告訴我們多宇宙論是正確的!
其實,Tegmark等人根本不必去費心設計什麼「量子自殺」實驗,按照他們的思路,要是多宇宙解釋是正確的,那麼對於某人來說,他無論如何試圖去自殺都不會死!要是他拿刀抹脖子,那麼因為組成刀的是一群符合薛定諤波動方程的粒子,所以總有一個非常非常小,但確實不為0的可能性,這些粒子在那一剎那都發生了量子隧道效應,以某種方式絲毫無損地穿透了該人的脖子,從而保持該人不死!當然這個概率極小極小,但按照MWI,一切可能發生的都實際發生了,所以這個現象總會發生在某個世界!在「客觀」上講,此人在99.99999…99%的世界中都命喪黃泉,但從他的「主觀視角」來說,他卻一直活著!不管換什麼方式都一樣,跳樓也好,卧軌也好,上吊也好,總存在那麼一些世界,讓他還活著。從該人自身的視角來看,他怎麼死都死不掉!
這就是從量子自殺思想實驗推出的怪論,美其名曰「量子永生」(quantum immortality)。只要從主觀視角來看,不但一個人永遠無法完成自殺,事實上他一旦開始存在,就永遠不會消失!總存在著一些量子效應,使得一個人不會衰老,而按照MWI,這些非常低的概率總是對應於某個實際的世界!如果多宇宙理論是正確的,那麼我們得到的推論是:一旦一個「意識」開始存在,從它自身的角度來看,它就必定永生!
量子自殺與最終人擇原理
可以想像,Tegmark等多宇宙論的支持者見到自己的提議被演繹成了這麼一個奇談怪論後,是怎樣的一種哭笑不得的心態。這位賓夕法尼亞大學的宇宙學家不得不出來聲明,說「永生」並非MWI的正統推論。他說一個人在「死前」,還經歷了某種非量子化的過程,使得所謂的意識並不能連續過渡保持永存。
關於這個問題,科學家們和哲學家們無疑都會感到興趣。支持MWI的人也會批評說,大量宇宙樣本中的「人」的死去不能被簡單地忽略,因為對於「意識」我們還是幾乎一無所知的,它是如何「連續存在」的,根本就沒有經過考察。一些偏頗的意見會認為,假如說「意識」必定會在某些宇宙分支中連續地存在,那麼我們應該斷定它不但始終存在,而且永遠「連續」,也就是說,我們不該有「失去意識」的時候(例如睡覺或者昏迷)。不過,也許的確存在一些世界,在那裡我們永不睡覺,誰又知道呢?再說,暫時沉睡然後又蘇醒,這對於「意識」來說好像不能算作「無意義」的。而更為重要的,也許還是如何定義在多世界中的「你」究竟是個什麼東西的問題。總之,這裡面邏輯怪圈層出不窮,而且幾乎沒有什麼可以為實踐所檢驗的東西,都是空對空。
根據Shikhovtsev最新的傳記,埃弗萊特本人也在某種程度上相信他的「意識」會沿著某些不通向死亡的宇宙分支而一直延續下去(當然他不知道自殺實驗)。但具有悲劇和諷刺意味的是,他一家子都那麼相信平行宇宙,以致他的女兒麗茲(Liz)在自殺前留下的遺書中說,她去往「另一個平行世界」和他相會了(當然,她並非為了檢驗這個理論而自殺)。或許埃弗萊特一家真的在某個世界裡相會也未可知,但至少在我們現在所在的這個世界(以及絕大多數其他世界)里,我們看到人死不能復生了。所以,至少考慮在絕大多數世界中家人和朋友們的感情,我強烈建議各位讀者不要在科學熱情的驅使下做此嘗試。
④ 一些補充
首先是一些補充資料
l 人擇原理——維基
l 無窮多個世界,為何會有魔鬼出沒?——果殼
l 生命可以量子態嗎?薛定諤病毒告訴你——果殼
l 宇宙的「目的」,也許是黑洞——果殼
其次是關於量子力學中的不確定性的科學解釋(或者說接近於哲學解釋),事實上有很多種,比較主流的三種:
1. 哥本哈根學派,主張觀察者的超然地位,但是引入了「意識」這樣唯心的概念(我並不是說唯心不好,只是和目前的科學的「範式」還不太兼容)。
2. 多宇宙假說,我們這個思想實驗所採用的假說。感覺更加匪夷所思。
3. 退相干歷史假說,遇到和哥本哈根學派一樣的意識難題。
最後推薦大家一些我看過的,和這方面相關的電影。
最近很火的小成本科幻燒腦神作《彗星來的那一夜》,看了本文你才能領會其精髓。
有人說裡面的理論是退相干,其實我覺得是多宇宙。
我心中近年來來最好的科幻片《源代碼》
豆瓣上很多人罵結局。。。。。。
這神來之筆我不知道是編劇或導演知道(之前所討論)而刻意為之還是無意為之強行大團圓,不管怎麼樣,都在某種意義上深刻得令人不敢相信。
諾蘭大神的《致命魔術》
非常隱晦
但也有可能。。。。。。
我將死而又死,以明生之無窮。
——泰戈爾
(不知道為什麼,同步協調率就是400%)
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2015/04/03 再編輯
突然覺得自己第一次在還在知乎的回答竟然只是隨便引用了一下,太不走心了。
所以決定重新好好答一次。也是為自己而整理。
以及,本人非物理學專業,只是高中愛看一些科普,事實上那本所也是幾年前看的了,肯定有很多錯誤和不嚴謹的表達,請不吝賜教,(? ???ω??? ?)
謝謝~
泰勒展開。。。
任何一個活著的人都是一支從數億年前就開始的巨大家族的後裔,你的家族挺過了火山地震海嘯冰川隕石疾病饑荒戰爭,傳承億萬代而沒有中斷。
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