思维的艺术-从爱因斯坦和原子弹说起
前段时间看到一个帖子讨论几个科学家的贡献,有人认为波尔比爱因斯坦对原子弹的诞生更重要,我持相反意见,我认为没有爱因斯坦就没有原子弹,而没有波尔只会是使原子弹的诞生更晚一些。


人类认识自然有两种方式,实践和理论,实践就是不停的实验,最后偶尔能有重大发现,比如火药的发明,并不是在理论的指导下进行的。当现代科学昌盛起来后,科学的发展更主要来自实践和理论的结合。首先有实践经验,然后再上升到理论,举例来说,第谷对行星轨道的观察,然后被开普勒总结规律,最后由牛顿把所有的观察结果总结在一个理论里面,那就是万有引力定律。牛顿的理论不但可以解释已知的现象,还能预测未知的事情,比如哈雷彗星的回归,天文学的发现。这是最典型的现代科学的思路,这种思路类似于大家都被关在一个黑屋子里,大家拼命想出去,由牛顿突然给大家打开了一扇大门,让大家豁然开朗。但还有一个思路,就是实践中没有发现任何不能解释的事情,而是在理论上发现了一些现实中没有发生的事情,让大家非常惊奇。这种情况类似于大家在一个屋子里高兴的生活,没有发现哪里不适,突然,爱因斯坦给大家打开一道大门,大家被屋子外面的绚丽的光芒所震惊,怀疑自己是不是在做梦,而站在门口爱因斯坦磕了磕自己的烟斗,笑着手,外面的世界和你们脚下的土地一样真实。爱因斯坦给大家打开的大门就是他的质能方程,也就是E=MC的平方,这个方程是横空出世的,并不是和万有引力一样,因为需要解释世界上的一些现象而发展起来的,而是纯理论的推导。而这个方程就是制造原子弹最关键的部分。


好,我们梳理一下原子弹的发明。从卢瑟福建立原子模型说起,然后人们发现阿尔法粒子,发现中子,然后用中子去轰击各种元素,看看会有什么结果,当然当时最重的元素-铀,也不例外。哈恩发现,铀被轰击后会分裂成两部分,把两部分的质量加起来,发现比原来的质量要轻那么一点点。到现在,其实不需要什么理论指导,只要给予一定的时间让人们自由的去按照自己的好奇心去捣鼓,早晚能走到这一步。但是如果没有爱因斯坦的质能方程,人们就会永远的停止在这里,人们永远不明白,裂变中,质量为何不守恒。只有意识到了失去的质量变成了巨大的能量,人们才会想怎么去利用这个能量。因为单个原子释放的能量如此之小,无论人们做多少次实验,也测不出来那么小的能量,所以质能方程是原子弹计划的点睛之笔。当然,爱因斯坦是绝对没有想到这个的,他关心的只是自然界运行的方式。等费米发现了链式反应,造原子弹只是个技术上的问题了。


貌似爱因斯坦对这这种思维方式很专业,除了质能方程,激光也是他一手从理论上推导出来的,自然界根本没有这玩意,广义相对论也是理论推导的结果。好在这个世界从来就不缺天才,除了小爱的质能方程、激光、广义相对论,麦克斯韦的电磁波,狄拉克的正电子,德布罗意的物质波都是在纸上发现的。他们的理论如此超前,只有很多年后,人们才认识到他们的伟大。


让我们记住他们吧,是他们让知识离开了现实世界,在思维的世界天马行空,是他们把思维发展成了艺术。
来自:科学技术学 / 科学技术学
 
2015-3-25 11:01:12
1楼
     对于人类能够轻松认知的事物,比如宏观运动,温度高低,并不需要一套非常抽象的思维方式去诠释它。从人类钻木取火到蒸汽机的发明,这些东西大多都是基于人类的观察,基于人类用自己的感官去体会。

    然而,电磁波,原子,人类没办法进行感知。但毕竟这个世界是符合一定的规律的,尽管超出大部分人的认知能力,少数人使用规律的最佳描述方式-----数学公式,从公式代表的一条条约束中发现矛盾,发现问题。也许电磁波并不是那样的,也许原子也不是那样的,也许只是方程的一个特解----一个符合我们所处视角的实际情况的特解。(只是打个比方)
    我个人认为,人类的认知依然是有限的,然而就好比计算机的发明一样,一代代人进行完善,研究计算机技术的每一类人都不需要精通所有方面,只需要专攻某一领域----这都多亏当初计算机模型的提出。
    抽象的物理概念同理,也需要一代代人去构建坚实的理论基础。然而,与工程技术不同的是,工程技术要求的是实用,而这些东西要求的是准确。没有绝对意义上的准确,如果大部分人都是看到某个高深的东西就一句话”我觉得我没能力了解这个领域“,那么是大错特错。IQ最高的人IQ能高的哪去呢?其实我们与机器相比,我们所具有的恰恰是一种发散性思维而非绝对的逻辑思维。假设这个世界上存在某一种未知现象A,我们关心的是这个现象什么时候会被发现,发现这个现象的人必然是对这个领域非常感兴趣,而非真的说是必须是天才。
    说个题外话,我记得我之前写的那个评论应试教育的帖子里试图说明这样一个观点------应试教育不是约束创造力这种能力,只是约束一个人想去搞研究的可能性。  
   中国人,数理基础不比美利坚差,差距就在于我们太相信权威,何谓权威?课本,以及习题册的答案,根本没有一点质疑。任何有质疑的学生都会被老师批评”你怎么这么笨“。我们差了什么呢?我们真的只能当欣赏艺术的人,不能当创作艺术的人?没有绝对的不可能。
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2楼
吘,楼上两位说的太好了。我有个理论,请两位斧正一下:
      我认为世界的基础是能量,在能量中的波动产生了一维的结构,引力子可能就是这种一维结构的代表。一维结构的纠缠,形成了二维的物质,不表现出质量的粒子都是二维的,如光子。一维,二维物质的进一步演变,形成了三维的粒子,三维粒子具有质量,代表为夸克、电子等。物质世界是有这些一维,二维,三维的物质构成的,时间本质是一维结构运动的产物。物质是能量的,也是结构的或者说是信息的。相对论现象是结构不变时的能量变化;量子论现象是能量不变时的结构变化。相对论与量子论是物质世界的两个对立面,它们相互联系,共同支配了这个世界。
       好了,暂时就写这么多了。两位看我的“发散性思维而非绝对的逻辑思维”还算可以吧。
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3楼
虽然看的云里雾里,但很高大上。[s:310]
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2015-03-26 00:40:47
4楼
对质能方程与原子弹诞生的关系这一段,建议考据。

楼主的文章讲得非常好,之所以科学诞生以后人类就开了挂了,主要是因为掌握了单纯依靠生产实践不可能掌握的基本规律,这些规律一旦掌握,就可以脱离经验,创造全新的技术。农耕几千年,也只是利用了一些偶然的发现或者长期的总结。直到建立全球大气的物理模型之前,对天气的认识仍然以经验为主。麦克斯韦从理论上预测了电磁波的存在,推导出电磁波的基本规律,才会有赫兹发现电磁波,也才会有后来的无线电技术。而爱迪生在实践中发现电流隔空传递时,电子还未被预测,而他又不善于思考和揭示基础规律,因此他与真空电子学鼻祖的地位失之交臂。

另一方面,人类社会的迅速发展也不完全依赖于自然科学的发现,还有人类协作方式的根本变化。《国富论》的发表为工业时代奠定了基础,在技术没有根本改进的前提下也成倍的提高了生产率,扩大了财富的增长。不过,这些都比不上发现和运用基础自然规律带来的进步。欧洲的许多国家在文化方面非常崇尚揭示自然的基本奥秘,近代的强大不能不说有这方面原因。
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diy患者(作者)
5楼
引用 虎哥:
对质能方程与原子弹诞生的关系这一段,建议考据。

楼主的文章讲得非常好,之所以科学诞生以后人类就开了挂了,主要是因为掌握了单纯依靠生产实践不可能掌握的基本规律,这些规律一旦掌握,就可以脱离经验,创造全新的技术。农耕几千年,也只是利用了一...
关于质能方程和原子弹,先说事实,哈恩先找到的质量亏损,犹太科学家,梅特涅?,根据质能方程,指出这个质量转化成了能量。
剩下的都是我的观点了,比如,如果没有质能方程,没人知道 会转化成能量,也不会有后面的曼哈顿计划了。
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diy患者(作者)
6楼
引用 李楠:
吘,楼上两位说的太好了。我有个理论,请两位斧正一下:
      我认为世界的基础是能量,在能量中的波动产生了一维的结构,引力子可能就是这种一维结构的代表。一维结构的纠缠,形成了二维的物质,不表现出质量的粒子都是二维的,如光子。一维,二维物...
[s:328],不过需要证据去证明。
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2015-05-13 21:00:25
2015-5-13 21:00:25
7楼
任何事物都要有一个转变的过程,有了质能转换方程自然会有人把它和武器方面联系在一起,探究是任何智慧生物的本性,你不做自会有人做,只是时间问题罢了
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2015-05-15 08:40:58
2015-5-15 8:40:58
8楼
总体思维方式很到位,评价也恰当。只是
“因为单个原子释放的能量如此之小,无论人们做多少次实验,也测不出来那么小的能量,所以质能方程是原子弹计划的点睛之笔。”
这句话欠妥,因为裂变反应释放的能量(≥80%)主要集中在裂变碎片上,平均能量高达近200Mev的碎片核很容易被发现和测量。其他能量被裂变中子和γ线携带,也不难被测量。总之裂变反应的质量亏损和能量释放关系是可以被阐释的,E=mc^2的问世也只是时间问题。
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2015-05-16 08:41:03
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9楼
他们都是真正的天才
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10楼
对此我只想说每一个发明、发现都有两面性,我相信科学家们的初衷是好的。
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2015-05-17 16:01:40
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11楼
事实真相是原子弹的发明人是齐拉特.
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2015-05-18 15:25:10
diy患者(作者)
12楼
引用 metellan:
总体思维方式很到位,评价也恰当。只是
“因为单个原子释放的能量如此之小,无论人们做多少次实验,也测不出来那么小的能量,所以质能方程是原子弹计划的点睛之笔。”
这句话欠妥,因为裂变反应释放的能量(≥80%)主要集中在裂变碎片上,平均能量高...
谢谢,你说的对。我原来想的是以最终能量形式,热量,释放,这样就难以测量,如果是动能的形式很容易发现。
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