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「旁觀者」論——如何成為科學家

2024-03-26科學

「如何成為科學家」,看到這個題目,我有些猶豫,因為我不是一個科學工作者,按常規只有卓有成就的科學家才能根據自己的親身體會談一談,我談這個問題有些自不量力。但轉念一想,就像談論「如何成為優秀運動員」一樣,非運動員職業者也可以作為旁觀者發表一些自己的想法。我雖然不是科學家,但業余時間也喜歡學習一些科學知識,閱讀了許多科學家傳記和有關心理學著作。我作為一個「科學家」們的傍觀者,也許對「如何成為科學家」有自己的獨特角度。不論準確與否,總會對大家有些啟發。

我認為要成為一個科學家,尤其要成為一個優秀科學家,除了需要一定天賦外,更重要的是 「好奇心和濃厚興趣」,「想象力及創造力」,「環境與機遇」。

成為科學家需要一定天賦的道理大家都理解 很明顯,科學家是一個比多數人聰明的群體。成為科學家你首先需要理解和掌握基本的科學知識,很難想象一個人如果對中學的數、理、化、生物等知識感到難以理解,今後能成為優秀科學家。但也不需要是個門門功課都拔尖的學霸。諾貝爾獲得者丁肇中先生就曾說: 我認識的諾獎得主,沒有一個是考第一名的,主要靠興趣 」反之,有多少學生時代的學霸,後來默默無聞。

有心理學家研究證明,要成為一個有創造力的科技工作者,一般需要 120以上的智商。我們知道,智商的平均值通常設定為100,這意味著得分120的人在智力測驗中表現出高於同齡群體平均水平的能力。他們的認知能力和解決問題的技能相較於大多數人更為出色。智商120大致對應於人群中約前9%的位置。這意味著在隨機抽取的100個人中,預計只有大約9人會獲得同等或更高的智商得分。這進一步強調了這一智商水平在統計學上的顯著優越性。然而,即便是「人群中約前9%」,對於全人類也是一個非常龐大的群體,為什麽最終成為科學家的只能是極少數人呢?

心理學家研究還證明,智商測試只能考察人類智力的一部份,其他諸如想象力、創造力等,在超過 120以上的人群中,創造力的高低與智商沒有關系。即一個智商130的人,其創造力可能高於智商150的人。那麽創造力高的人有哪些表現呢?

創造力高的人表現出對科學問題的強烈好奇心和濃厚興趣,他們或者從小時候,或者到了學生時代表現出對科學的興趣,使他們能不知疲倦的學習和鉆研科學問題。比如,達爾文從小就喜歡昆蟲,經常在田野裏逮小動物玩,觀察它們的習性。由於對動物的熱愛和研究,他後來創立了進化論,出版了【物種起源】一書,成為進化論奠基人。再比如,愛迪生小時候對什麽都感興趣,對自己不了解的事情總想試一試,弄個明白。有一次他看見花園的籬笆邊有一個野蜂窩,就用棍子去撥,想看個究竟,結果臉被野蜂蜇得腫了起來。但他並沒有放棄,最終成了舉世聞名的大發明家。愛因斯坦父親給他展示的一個羅盤對年幼的愛因斯坦產生了深遠影響,他對羅盤指標能夠始終指向地球磁場北極這一現象感到驚奇,這種精確而神秘的指向激發了他對自然規律的好奇心,被認為是愛因斯坦科學興趣的萌芽。

對自然現象強烈的好奇心,造成了他們學習科學知識的濃厚興趣,他們把學習科學知識當做一種樂趣,學習起科學知識來津津有味,樂在其中。而不是像有些學生一樣著迷於有 「固定思維模式」電子遊戲。這種對科學的興趣就是他們具有豐富想象力和創造力的表現。

有些優秀科學家學生時代並不是門門功課都拔尖的學霸,比如愛因斯坦,由於偏科經歷了兩次高考才 被蘇黎世聯邦理工學院錄取。 但愛因斯坦有著豐富 想象力及創造力,孜孜不倦的深入思考有關質素、能量、時間、空間、光、電等人們習以為常的自然界問題。最終顛覆了牛頓的絕對時空觀,發現了改變全人類世界觀的 「相對論」。

當然,這些重大發現也得益於當時歐洲群星璀璨的科學環境,眾多科學家相互切磋,互相促進,像當時的 物理學家和哲學家馬赫 對牛頓的 絕對空間 批評 就啟發了愛因斯坦。

愛因斯坦在研究廣義相對論時也得到了當時數學家們的幫助, 首先是格羅斯曼,他是愛因斯坦 大學 同班同學,後來成為了一名數學家。當年,在廣義相對論誕生之前,愛因斯坦在思考重力問題時,想到重力可能是源自幾何效應,是物體彎曲時空的結果。而歐幾裏得幾何是平面幾何,無法用於這方面研究。為此,愛因斯坦尋求了格羅斯曼的幫助。對於愛因斯坦的想法,格羅斯曼指出了非歐幾何的重要意義,於是他們著重研究了黎曼幾何,這是創立廣義相對論的必要之路。格羅斯曼還向愛因斯坦介紹了絕對微分學,在這方面,意大利數學家格雷戈裏奧 ·裏奇-庫爾巴斯特羅和圖利奧·列維-齊維塔都給了愛因斯坦非常重要的幫助。格羅斯曼和愛因斯坦在1913年合作發表了一篇開創性的論文,後來這成為廣義相對論的兩篇基本論文之一。

希爾伯特

另一位是希爾伯特,他是 20世紀最偉大的數學家之一。愛因斯坦與格羅斯曼的合作並未能得到正確的重力場方程式,後來他與希爾伯特進行了深入探討。得到了希爾伯特的深刻啟發之後,愛因斯坦最終得到了重力場方程式 不過,希爾伯特憑借極為敏銳的數學洞察力稍早於愛因斯坦得出了上述方程式。盡管如此,希爾伯特並沒有與愛因斯坦爭奪優先權,而是承認愛因斯坦才是創立廣義相對論的第一人。畢竟,廣義相對論背後隱含著深刻的物理思想,這完全是愛因斯坦的想法,無人可與他相爭。

又如,著名 物理學 楊振寧和李政道 當年為了 驗證 「宇稱不守恒」理論 求助女科學家 吳健雄 吳健雄 是當時美國著名的實驗物理學家,她為此 放棄 原來的 旅行 計劃 ,沒日沒夜地 進行 實驗, 最終把 楊振寧 李政道推上了諾貝爾物理學獎的領獎台

最重要的是,把思考當做樂趣,把思考當做娛樂,把思考當做一種精神旅遊

請有興趣讀者思考如下問題:

原子彈爆炸使物質的部份 「質素」變成了能量,「質素」的本質是什麽?

相對論證明時間、空間是相對的,如果我們進一步思考,時間、空間是人類的錯覺嗎?

相對論證明,光速不可超越。如果能超越光速,就可以超越時空,那也可能意味著時空錯覺被打破。 光速每秒 30萬公裏,是已知物質運動最快速度,也是物質極限速度,為什麽是30萬公裏?而不是更快或更慢?由於光速的限制,我們人類只能探測到有限的星空。光速是否就是造物者給我們人類設定的一堵墻?讓人類鎖在了特定的時空之中。

我們的感官是極其有限的,感官種類也只有眼、耳、鼻、舌、身等少數幾種,但這個世界卻是我們的感官 「組合」而成,人類感知到的所謂「客觀世界」在多大程度上是真實的?

如果有 「萬能造物者」再造人類感官系統,現在人類感知到的世界會如何變化?

人類目前無法探測到的暗物質、暗能量是怎樣的存在?和我們人類能感知的 「明物質」有何關系?

有沒有暗物質、暗能量的生命世界?如果有,暗物質世界生命是否也感知不到我們人類的物質世界,同樣認為我們人類感知的世界也是 「暗物質」世界?相互是否並存在共同空間卻互相隔絕?

廣義相對論的 彎曲時空 」原因在哪裏?和暗物質、暗能量有關系嗎?

如果我現在正式提出 「世界是我的錯覺」,你是否感到很荒唐?

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萬有重力是由於時空彎曲而產生的。 這裏的時空是指時間和空間的結合體,是一種物理學上的概念。當一個物體在時空中運動時,它會受到重力的作用,這個重力是由時空彎曲引起的。那麽,為什麽時空會出現彎曲呢?根據愛因斯坦的方程式式,物質能量會使得時空產生彎曲。這意味著,只要有物質存在,就會產生彎曲的時空。而當兩個物體在彎曲的時空中運動時,它們會受到彼此的重力作用。在地球上,我們之所以能夠站立在地球表面,是因為地球的重力作用。而地球的重力能夠使得周圍的時空產生彎曲。同樣地,太陽的重力也會使得周圍的時空產生彎曲。這種時空彎曲使得行星繞著太陽運動,形成了我們所看到的太陽系運動現象。

那麽,為什麽行星會繞著太陽運動呢?根據愛因斯坦的方程式式,行星在太陽產生的彎曲時空中運動時,會沿著 「最直」的路徑運動,這個路徑就是圍繞太陽 運動。這是因為太陽的質素足夠大,使得周圍的時空彎曲得非常明顯,因此行星會受到太陽重力的作用而圍繞其運動。
除了行星之外,恒星、星系甚至是宇宙本身也都受到萬有重力的作用。這些天體在彼此產生的彎曲時空中運動時,也會沿著 「最直」的路徑運動。這種運動規律不僅適用於單個天體,也適用於整個宇宙。因此,萬有重力的本質就是由於時空彎曲而產生的相互作用。
那麽,為什麽愛因斯坦的廣義相對論能夠解釋萬有重力的本質呢?傳統的物理學觀點認為,重力是由物體之間的質素所產生的,但這種觀點無法解釋為什麽會產生重力。而愛因斯坦認為,重力是由時空彎曲而產生的,這種觀點能夠更好地解釋我們所觀察到的現象。
在廣義相對論中,愛因斯坦將重力納入到時空幾何結構中來考慮,認為重力是一種幾何效應。在這種觀點下,物體之間的重力作用被解釋為是由於時空彎曲引起的幾何效應。這種解釋方式不僅能夠更好地解釋我們所觀察到的現象,還能夠更好地描述物體之間的相互作用規律。總之,萬有重力的本質是由於時空彎曲而產生的相互作用。這種相互作用規律不僅適用於單個物體之間,也適用於整個宇宙中的天體之間。透過廣義相對論的描述方式,我們可以更好地理解萬有重力的本質和規律,為物理學的發展奠定了重要的基礎。