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屠龙者txt下载1、科学 i 分 iv 大类 :【甲】自然科学,【乙】社会科学,【丙】精神(人文)科学,【丁】工具科学;具体您是知道的?
希尔伯特空间波函数完全描述,从这个波函数可以得出体系的所有性质。(2)演化假设:微观体系的运动状态波函数随时间的演化满足薛定谔方程。(3)算符假设:力学量用厄米算符表示。(4)量子测量假设:当对一个量子体系进行某一力学量的测量时,测量结果一定为该力学量算符的本征值当中的某一个,测量结果为
,(即不管再对该量子态重新测量多少次,测得的该力学量的值一定为第一次所测得的值k)。(5)全同性原理:在全同粒子所组成的体系中,两全同粒子相互调换不改变体系的状态。
这几个假设中,有些涉及实在,有些仅仅是理论的数学设定——尽管这些设定与实在有关,但本质上,依然不过是理论系统的设定——这些设定联系了理论和实在,这是完全必要的. 所以我们可以应该讨论假设的实在性,这个实在性的一个极端,是对实在结构,性质和演化的假设,我们称之为物理假设;另一个极端,则完全不涉及实在,只是理论系统内在的设定,我们称之为理论设定或者数学设定.所有现存的科学理论的出发点——假设或者公设,无非是这三种:物理假设,理论设定或者介于二者之间的准假设.
这里出现了一个问题,系统的态是物理的吗?我们认为不是,系统的态等价于波函数,然而它是无法直接测量的,系统的态和波函数一样,是一个理论设定,系统的性质及其演化才是物理的——二者可测量.
上述讨论中出现的另一个问题是,如果存在其他的理论,比如隐变量理论,它也有一套自己的理论设定和物理假设,我们是否应该将不同的理论通约呢?换句话说,科学理论是否应该在这个意义上是唯一的?科学理论是否应该像人文理论一样,百花齐放,从各个角度和层次上描述自然实在?科学理论的多层次,已经实现,然而各个层次上往往只有一个理论,各个角度的不同理论如果不说没有,也很罕见. 一句话,科学理论的多元化是否可能?这个问题我们先按住不表.
量子测量假设,部分地同波函数假设,即设定了量子力学理论中的量和实在操作中联系的规则. 该假设一波函数假设,算符假设为基础. 这个假设比上三个假设实在性更强——因为它涉及的物理实在更多——直接假设了量子系统的性质,即波函数在测量后坍缩在某个本征态,而这个本征态下,系统的性质具有完全的实在性——这点给了测量假设很强的实在性. 然而,这也是所有公设中出现争论和混乱最大的一个. 可能是因为它对实在过程过度参与——数学和实在有着天然的隔阂. 解决纷争之道,很可能是要减弱或者拆分这个假设的实在性.
五大假设的提出,标志着量子理论的成熟,因为一切都可以从这些假设推出. 这些假设的提出,并非一开始就有,而是早期量子理论的发展中慢慢摸索出来的,使得量子理论成为一个系统化的,较为完备和自洽的理论系统. 这也是许多科学理论,特别是理论物理学的发展路径——公理化的路径. 在不同的构造量子理论的路径中,基本假设的选取也是不同的,这点广泛地体现在现代量子理论的研究之中.
我们将科学理论中不涉及实在本身的设定,叫做理论设定. 它包括对实在的划分,理论中的数学量或者概念与实在量的联系. 理论设定不过是理论自身的操作和设定,与实在本身无涉.
以量子理论为例,其中五大公设,都很大程度上是理论设定,即设定理论中概念和过程,和某些实在的物理量的关联. 这只是量力“形式系统”中的“设定”,并不是物理假设,不具有物理意义.展开来讲,量力不过是一个理论而已,或者说一个复杂的输入输出装置或者程序(procedure). 数学假设是这个装置内部的结构而已,与客观实在无关(至于理论的实在性,这个问题日后再议.)原则上,我们可以有很多理论“装置”,这些“装置”都有自己内在的结构和设定. 物理假设只能是对客观实在的性质做些推测,比如光速不变性. 而理论设定是关于理论自身的,是其自身的结构的设定.
这显然是不合适的,因为我们无法用对实在观测,验证一个理论结构中的设定是否为真或者为假. 对于一个输入输出装置,我们只能说这个装置的好坏,而不能说这个装置的内部结构,能被实在所验证或者证伪——它是人造物,或称为模型,只能说明模型的好坏,而谈不上证实或者证伪. 这个模型的结构,是基于理论的基本设定,这些设定是为了建立理论的输入-输出方式,后者是为了解释实在和预测实在,这些设定是人为的,谈不上证实和证伪——只能谈好坏.
原则上,我们也可以有基于不同设定的不同的理论,并且可以同样良好地解释和预测实在,如果谈论理论设定的可检验性,那就会出现不同的设定都被证实的问题,如果这些设定之间出现矛盾,那问题就大了. 有个比喻是,实在只有一个,就像不同坐标系中的矢量,而理论则相当于不同的坐标系,这也是笔者希望和相信科学理论多元化的原因.3. 实验和理论的纠缠关系
这里涉及到一个深刻而有趣的问题,即理论和实验的纠缠关系. 众所周知,实验,特别在现代物理学中,是紧紧依赖于理论的. 理论导出实验需要观测的量(这些量往往高度抽象化,高度依赖于理论的),实验必须在理论的框架下展开——这样理论就同时扮演了运动员和裁判员的角色. 这种情况下实验对理论的验证,我们可信吗?这是一个值得深思的问题. 首先,实验的观测方式和观测对象被理论限制甚至规定了,理论外的东西(理论不过是理论)被人为地忽略了,而实在不一定是理论所限定的那样,这种操作下实验对理论的验证,我们认为是很可疑的——至少存在这样的可能性,理论自己验证了自己.
物理假设,是那些直接对实在(研究对象)的性质,结构和关系作出判定的命题.
比如惯性质量等于引力质量,比如光速不变性. 这些假设可以直接或间接地被实验所验证. 因此,它们具有可证实/伪性. 一旦被当前的实验所验证,它们“目前”就不应该成为假设了——实际上,随着理论和实验的进步,也可能在未来被证伪——从这个意义上,我们称被证实的物理假设为假设,依然是合理——这是一种较为严格而谦卑的提法.
我们认为,物理假设,排除理论设定,才是真正可被称为假设的东西. 理由在上述讨论中已经很充分了.
对于数学家的工作方式,笔者不是很清楚. 然而数学公理和物理公设看起来有很大的不同. 数学理论是一个形式系统,基本与实在无涉. 原则上可以有无穷多种数学理论,只要你让理论建立在不同的公设上. 而物理理论则必须和现实建立联系,正如我们在上述量子力学的基本假设上看到的一样. 物理理论的基本假设必须都和现实相涉,否则这个假设是数学的——数学的假设更是理论设定,可以称之为纯粹的理论设定,它们完全与现实无涉. 完全是理论自身构建的需要. 这种设定,是不能称之为理论假设的.
从欧氏几何到非欧几何的发展,我们可以看到,改变或者延拓公设,就改变和拓展了数学理论. 现代数学是高度形式化的体系,数学理论的大厦,都是建立在许多定义和少数几个公理的基础上的. 数学理论笔者不是很熟悉,不做过多讨论.
量子力学公理化研究,是目前量子基础研究的热点. 对什么应该作为量子力学的基本假设,众说纷纭. 有些用量子态不可复制原理等,有的利用量子纠缠甚至量子信息理论中的某些原理. 我认为最主要的分歧是,什么是基础的?基于上述讨论,我们可以得出,这种对于假设基础性的讨论,是平凡的.
如果我们认为量子理论是一个成熟而完备的理论,则采用哪些原理作为基本假设,完全就是一个用不同方式切蛋糕的问题. 那么采用哪种或哪些切法是比较好的呢?我们很容易得出如下几条标准,其一,经济性,采用最少的必要的假设.
正如爱因斯坦所言:“要尽可能的简单,但不要过于简单.”其二,自然性,所有的基本假设都应该是自然的. 这点笔者还比较模糊,所以不做展开. 其三,尽可能大的覆盖性. 如果一个原理在理论中包纳的其他定理很少,那这个原理不应该当做基本假设. 当然,在一个公理体系中,有些假设可能包纳的定理很多,有些包纳的很少. 笔者认为这样的公理体系是不符合我们的美学原则的——所有的基本假设,包纳的定理数,应该是均匀和庞大的.
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