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凡人和天才的差别

2016-02-19 09:29 大数据实验室

前天晚上,我的第一审稿人(其实就是我爱人)突然问我,引力波都火成那样了,你作为一个理工科宅男就不想写点什么吗?

我只能汗颜。引力波是理论物理领域的高深学问,我确实是不懂啊。



世上就是有这么一些专业,会让人深刻意识到个体间智力上的差距,理论物理就是其中最具代表性的一个。

和绝大多数清华学生一样,原本我是不惧怕物理的,所以本科入学那年看到必修课里有个A类高等物理,我并不以为意——直到拿到人生第一张不及格的物理考卷。更让我无法接受的是,在这场平均分不到50的考试中,竟然有个人拿了90分。知耻而后勇,之后我刻苦攻读,终于将高等物理的综合成绩提升到85分。然而,土狼追赶飞鹰是不会有结果的:那个大牛拿了98


经常听到名校学生的家长这么教育子女说:你们都是千里挑一的天之骄子,他能做到的,你也一定能做到。依愚见,这真的只是一厢情愿。话说, 人类智力是呈正态分布的,千里挑一从字面上讲就是高于平均值3个标准差以上的高智商人群。



这个人群既包含智商恰好卡着3个标准差(145左右智商)的普通幸运儿,也可能包含着高达6个标准差(190左右智商)的超级幸运儿,非要让前者去企及后者的成就或许就有点强人所难了。简而言之,清华北大之类的名校是个体智力差距(统计学上应该叫极差)最大的地方,绝非通常大家所想象的“伯仲之间”。


之所以要讲大学的陈年旧事,只是想提示一下,怎么样的人才能在理论物理领域有所建树。比如这次引力波实验中,加州理工团队里有一个原清华基科班的大牛,名叫杨桓,此人中学时代便是国际物理奥林匹克竞赛金牌得主。听闻过他的轶事,其神奇程度或在98分大牛之上。几十上百个这种等级的大牛组成了LIGO引力波项目团队,只是为了验证爱因斯坦一百年前的论断,说白了就是打了个下手。以我的短浅见识,遥望杨桓已然是个极限,实在无力想象爱因斯坦的境界。


那么理论物理究竟想解决些什么课题呢?中学时代,物理老师通常会告诉我们,在宏观低速条件下,我们应该使用牛顿力学;微观下应该使用量子力学;高速时应该使用相对论。但是理论物理学家会觉得此类观点非常没有美感,完全不是他们心目中世界本原的面貌。自爱因斯坦起,几乎每个有理想有追求的理论物理学家,不管是搞天体的还是搞统计的,都梦想建立大统一理论,即将所有物理现象归纳于同一模型的理论。这个理论还有一个很大气的名字,叫做万物之理----The Theory Of Everything(对,就是霍金那部电影)。 在这个框架下,四种基本力和所有粒子都应该有一个符合物理美学的统一数学表达。


那我们要用怎样的方法找到这个万物之理呢?

话说,世界上所有科学,其起点和终点都是“经验(experience)”。比如,因为我们对光有感性认识,于是就会去研究光学,而我们的最终目的是将光应用于生产实践。至于光学理论的研究过程,我们则会诉诸“理性(reason)”,即通过逻辑推演找到一个能完美解释经验现象的机理。此类理论的构建过程相对简单,因为我们对光有充分的感性认识,而现实“经验”通常能很好的引导 “理性”找到正确的方向。

我们回头看看相对论:“没有发现以太”或许算是“经验的起点”,星际旅行或许算是“经验的终点”,然后剩下的就只有大篇的“理性”推导了。从平常人的角度来看,无论是“以太”还是星际旅行,都是完全没有感性依附的虚构“经验”,在这种情况下怎样指导“理性”去找到正确的研究方向呢?


且看爱因斯坦是怎么做的。在构建相对论大厦时,爱因斯坦只用了两根柱子:1. 光速不变 2. 在不同惯性参考系中,一切物理规律相同。基于这两个假设,爱因斯坦仅仅依靠逻辑和数学便创立了相对论。这个工作的难度有多大呢?打个比方,狭义相对论那几个短短的结论公式大家多半是见过的,为了论证它们,爱因斯坦用了68页篇幅(包括前言)。爱因斯坦坚信,宇宙的规则体现在简明的数学关系中,这种简单美学将指引物理学家穿越冗长的推导,走向真理。


现在,简明的真理也给了自媒体一丝博取眼球的机会。为了让没有理论物理基础的大众能够“看懂”高深的科学,公众号们纷纷抛出“XX分钟看懂XXX”的噱头。然而,这些“鸡汤科学”注定只能是一知半解。还是拿相对论为例:狭义相对论研究的是四维空间中的物理规则(多了一个时间维度),是不能用简单的三维空间几何关系进行推演的。但是由于公式本身形式简单,用几何模型牵强附会并没有什么难度,以至于各种“科普读物”争相解(wu)读(du)。事实上,严密的狭义相对论推导必须用到洛伦茨变换,我们可以从《狭义和广义相对论》里随便抽出两页看看爱因斯坦是怎么做的。


上面这页数学推导并不是特别吓人,但是一本160页的著作全篇都是这种东西,就足以把人逼疯了。当然,最应该叹服的是爱因斯坦,他必须在前无古人的纯粹数学推导中,凭借直觉和想象力引导自己走向真理。


这里我提到了想象力。现在的理论物理学,特别是万物之理的研究,很大程度上是在想象力的基础上构建起来的。在这个领域中,研究的起点和终点都是“虚无”的,没有任何感性经验的支撑。物理学家需要在已有数据的基础上想象出一个模型,用强大的数学工具将它构筑成自洽的理论大厦,之后设计实验论证它的正确性。然而,由于实验手段的匮乏,目前有好几个理论都处于自洽但无法证实的窘境。在这里我要引用柯南同学的一句话:真相永远只有一个。虽然有N个自洽理论,但其中至少有N-1个是错误的。

如此看来,爱因斯坦是非常幸运的,因为引力波终究被证实了——虽然花了一百年。


大家或许好奇,这所谓的理论大厦究竟长什么样呢?趁着引力波的热度,不妨把一百年前爱因斯坦的《论引力波》拿出来给大家鉴赏。


通篇十几页除了短短的前言和结论,其余都是这种天书。然而,引力波无非只是相对论大厦的一隅。

爱因斯坦仅仅依靠两个基本假设,就构筑了如此辉煌的理论殿堂,这是理性的力量。事实上人类两千年前就已经掌握了这种神奇力量,那时候它叫欧几里得几何学。基于5条简单公理,古希腊人成功构筑了一个逻辑严密的理性大厦。几何和理论物理在本质上有如此相似的特征,以至我们可以说:一个人如果小时候不痴迷几何学,就肯定不是做理论物理的料。这句话听起来很欠揍,不过好在是爱因斯坦说的,不是Sheldon Cooper,也不是愚见。


然而放在当下来看,爱因斯坦这句话颇有点可笑——理论物理根本就不是块香馍馍,干不了这行对我们而言完全不是什么损失。以LIGO引力波项目为例,参与者通常连续数年呆在方圆几千平方公里的无人区,干着最具有挑战性的工作,生产着最有价值的科技副产品,承受着放射性伤害的风险,却拿着相当微薄的报酬。以前面提到的杨桓为例,凭他的数学能力,随便在华尔街找个投行就能让他的薪酬翻上数翻。


但是他坚定地选择了科学。


抛开我对科学家素来的敬仰,我仍然觉得,他们才是人类的希望。


(作者:俞见          来源:王诺诺)




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