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「旁观者」论——如何成为科学家

2024-03-26科学

「如何成为科学家」,看到这个题目,我有些犹豫,因为我不是一个科学工作者,按常规只有卓有成就的科学家才能根据自己的亲身体会谈一谈,我谈这个问题有些自不量力。但转念一想,就像谈论「如何成为优秀运动员」一样,非运动员职业者也可以作为旁观者发表一些自己的想法。我虽然不是科学家,但业余时间也喜欢学习一些科学知识,阅读了许多科学家传记和有关心理学著作。我作为一个「科学家」们的傍观者,也许对「如何成为科学家」有自己的独特角度。不论准确与否,总会对大家有些启发。

我认为要成为一个科学家,尤其要成为一个优秀科学家,除了需要一定天赋外,更重要的是 「好奇心和浓厚兴趣」,「想象力及创造力」,「环境与机遇」。

成为科学家需要一定天赋的道理大家都理解 很明显,科学家是一个比多数人聪明的群体。成为科学家你首先需要理解和掌握基本的科学知识,很难想象一个人如果对中学的数、理、化、生物等知识感到难以理解,今后能成为优秀科学家。但也不需要是个门门功课都拔尖的学霸。诺贝尔获得者丁肇中先生就曾说: 我认识的诺奖得主,没有一个是考第一名的,主要靠兴趣 」反之,有多少学生时代的学霸,后来默默无闻。

有心理学家研究证明,要成为一个有创造力的科技工作者,一般需要 120以上的智商。我们知道,智商的平均值通常设定为100,这意味着得分120的人在智力测验中表现出高于同龄群体平均水平的能力。他们的认知能力和解决问题的技能相较于大多数人更为出色。智商120大致对应于人群中约前9%的位置。这意味着在随机抽取的100个人中,预计只有大约9人会获得同等或更高的智商得分。这进一步强调了这一智商水平在统计学上的显著优越性。然而,即便是「人群中约前9%」,对于全人类也是一个非常庞大的群体,为什么最终成为科学家的只能是极少数人呢?

心理学家研究还证明,智商测试只能考察人类智力的一部分,其他诸如想象力、创造力等,在超过 120以上的人群中,创造力的高低与智商没有关系。即一个智商130的人,其创造力可能高于智商150的人。那么创造力高的人有哪些表现呢?

创造力高的人表现出对科学问题的强烈好奇心和浓厚兴趣,他们或者从小时候,或者到了学生时代表现出对科学的兴趣,使他们能不知疲倦的学习和钻研科学问题。比如,达尔文从小就喜欢昆虫,经常在田野里逮小动物玩,观察它们的习性。由于对动物的热爱和研究,他后来创立了进化论,出版了【物种起源】一书,成为进化论奠基人。再比如,爱迪生小时候对什么都感兴趣,对自己不了解的事情总想试一试,弄个明白。有一次他看见花园的篱笆边有一个野蜂窝,就用棍子去拨,想看个究竟,结果脸被野蜂蜇得肿了起来。但他并没有放弃,最终成了举世闻名的大发明家。爱因斯坦父亲给他展示的一个罗盘对年幼的爱因斯坦产生了深远影响,他对罗盘指针能够始终指向地球磁场北极这一现象感到惊奇,这种精确而神秘的指向激发了他对自然规律的好奇心,被认为是爱因斯坦科学兴趣的萌芽。

对自然现象强烈的好奇心,造成了他们学习科学知识的浓厚兴趣,他们把学习科学知识当做一种乐趣,学习起科学知识来津津有味,乐在其中。而不是像有些学生一样着迷于有 「固定思维模式」电子游戏。这种对科学的兴趣就是他们具有丰富想象力和创造力的表现。

有些优秀科学家学生时代并不是门门功课都拔尖的学霸,比如爱因斯坦,由于偏科经历了两次高考才 被苏黎世联邦理工学院录取。 但爱因斯坦有着丰富 想象力及创造力,孜孜不倦的深入思考有关质量、能量、时间、空间、光、电等人们习以为常的自然界问题。最终颠覆了牛顿的绝对时空观,发现了改变全人类世界观的 「相对论」。

当然,这些重大发现也得益于当时欧洲群星璀璨的科学环境,众多科学家相互切磋,互相促进,像当时的 物理学家和哲学家马赫 对牛顿的 绝对空间 批评 就启发了爱因斯坦。

爱因斯坦在研究广义相对论时也得到了当时数学家们的帮助, 首先是格罗斯曼,他是爱因斯坦 大学 同班同学,后来成为了一名数学家。当年,在广义相对论诞生之前,爱因斯坦在思考引力问题时,想到引力可能是源自几何效应,是物体弯曲时空的结果。而欧几里得几何是平面几何,无法用于这方面研究。为此,爱因斯坦寻求了格罗斯曼的帮助。对于爱因斯坦的想法,格罗斯曼指出了非欧几何的重要意义,于是他们着重研究了黎曼几何,这是创立广义相对论的必要之路。格罗斯曼还向爱因斯坦介绍了绝对微分学,在这方面,意大利数学家格雷戈里奥 ·里奇-库尔巴斯特罗和图利奥·列维-齐维塔都给了爱因斯坦非常重要的帮助。格罗斯曼和爱因斯坦在1913年合作发表了一篇开创性的论文,后来这成为广义相对论的两篇基本论文之一。

希尔伯特

另一位是希尔伯特,他是 20世纪最伟大的数学家之一。爱因斯坦与格罗斯曼的合作并未能得到正确的引力场方程,后来他与希尔伯特进行了深入探讨。得到了希尔伯特的深刻启发之后,爱因斯坦最终得到了引力场方程 不过,希尔伯特凭借极为敏锐的数学洞察力稍早于爱因斯坦得出了上述方程。尽管如此,希尔伯特并没有与爱因斯坦争夺优先权,而是承认爱因斯坦才是创立广义相对论的第一人。毕竟,广义相对论背后隐含着深刻的物理思想,这完全是爱因斯坦的想法,无人可与他相争。

又如,著名 物理学 杨振宁和李政道 当年为了 验证 「宇称不守恒」理论 求助女科学家 吴健雄 吴健雄 是当时美国著名的实验物理学家,她为此 放弃 原来的 旅行 计划 ,没日没夜地 进行 实验, 最终把 杨振宁 李政道推上了诺贝尔物理学奖的领奖台

最重要的是,把思考当做乐趣,把思考当做娱乐,把思考当做一种精神旅游

请有兴趣读者思考如下问题:

原子弹爆炸使物质的部分 「质量」变成了能量,「质量」的本质是什么?

相对论证明时间、空间是相对的,如果我们进一步思考,时间、空间是人类的错觉吗?

相对论证明,光速不可超越。如果能超越光速,就可以超越时空,那也可能意味着时空错觉被打破。 光速每秒 30万公里,是已知物质运动最快速度,也是物质极限速度,为什么是30万公里?而不是更快或更慢?由于光速的限制,我们人类只能探测到有限的星空。光速是否就是造物者给我们人类设定的一堵墙?让人类锁在了特定的时空之中。

我们的感官是极其有限的,感官种类也只有眼、耳、鼻、舌、身等少数几种,但这个世界却是我们的感官 「组合」而成,人类感知到的所谓「客观世界」在多大程度上是真实的?

如果有 「万能造物者」再造人类感官系统,现在人类感知到的世界会如何变化?

人类目前无法探测到的暗物质、暗能量是怎样的存在?和我们人类能感知的 「明物质」有何关系?

有没有暗物质、暗能量的生命世界?如果有,暗物质世界生命是否也感知不到我们人类的物质世界,同样认为我们人类感知的世界也是 「暗物质」世界?相互是否并存在共同空间却互相隔绝?

广义相对论的 弯曲时空 」原因在哪里?和暗物质、暗能量有关系吗?

如果我现在正式提出 「世界是我的错觉」,你是否感到很荒唐?

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万有引力是由于时空弯曲而产生的。 这里的时空是指时间和空间的结合体,是一种物理学上的概念。当一个物体在时空中运动时,它会受到引力的作用,这个引力是由时空弯曲引起的。那么,为什么时空会出现弯曲呢?根据爱因斯坦的方程式,物质能量会使得时空产生弯曲。这意味着,只要有物质存在,就会产生弯曲的时空。而当两个物体在弯曲的时空中运动时,它们会受到彼此的引力作用。在地球上,我们之所以能够站立在地球表面,是因为地球的引力作用。而地球的引力能够使得周围的时空产生弯曲。同样地,太阳的引力也会使得周围的时空产生弯曲。这种时空弯曲使得行星绕着太阳运动,形成了我们所看到的太阳系运动现象。

那么,为什么行星会绕着太阳运动呢?根据爱因斯坦的方程式,行星在太阳产生的弯曲时空中运动时,会沿着 「最直」的路径运动,这个路径就是围绕太阳 运动。这是因为太阳的质量足够大,使得周围的时空弯曲得非常明显,因此行星会受到太阳引力的作用而围绕其运动。
除了行星之外,恒星、星系甚至是宇宙本身也都受到万有引力的作用。这些天体在彼此产生的弯曲时空中运动时,也会沿着 「最直」的路径运动。这种运动规律不仅适用于单个天体,也适用于整个宇宙。因此,万有引力的本质就是由于时空弯曲而产生的相互作用。
那么,为什么爱因斯坦的广义相对论能够解释万有引力的本质呢?传统的物理学观点认为,引力是由物体之间的质量所产生的,但这种观点无法解释为什么会产生引力。而爱因斯坦认为,引力是由时空弯曲而产生的,这种观点能够更好地解释我们所观察到的现象。
在广义相对论中,爱因斯坦将引力纳入到时空几何结构中来考虑,认为引力是一种几何效应。在这种观点下,物体之间的引力作用被解释为是由于时空弯曲引起的几何效应。这种解释方式不仅能够更好地解释我们所观察到的现象,还能够更好地描述物体之间的相互作用规律。总之,万有引力的本质是由于时空弯曲而产生的相互作用。这种相互作用规律不仅适用于单个物体之间,也适用于整个宇宙中的天体之间。通过广义相对论的描述方式,我们可以更好地理解万有引力的本质和规律,为物理学的发展奠定了重要的基础。