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主题: 绝世奇才,法相谁识 ---------- 物理学家Wolfgang Ernst Pauli其人其事(四)
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作者 绝世奇才,法相谁识 ---------- 物理学家Wolfgang Ernst Pauli其人其事(四)   
断章师爷
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文章标题: 绝世奇才,法相谁识 ---------- 物理学家Wolfgang Ernst Pauli其人其事(四) (1081 reads)      时间: 2010-7-20 周二, 下午10:15

作者:断章师爷驴鸣镇 发贴, 来自 http://www.hjclub.org

绝世奇才,法相谁识 ---------- 物理学家Wolfgang Ernst Pauli其人其事(四)
断章师爷


C. G. Jung的共时性学说认为就事件本身而言,这种巧合的发生带有极大的偶然性,但是由于从常识上看来是不可能的,因此有必要设想在没有因果关系的平行事件中存在某种具有或然性质的联系。W.E.Pauli指出这种观念可以上溯到Gottfried Wilhelm Leibniz(1646-1716)提出的“预定的和谐”(prästabilierte Harmonie)学说。Leibniz认为构成世界上各种复杂事物的最基本单位是一种精神性的“单子”(die Monas ),单子之间相互独立,由它们构成的各种事物之间却相互联系,相互作用,组成了一个统一和谐的世界整体。所有的单子在发展过程中都自然地保持着一种既定的和谐与同步。

W.E.Pauli认为“根据因果关系,可以解释两桩前后因续发生事件之间的逻辑关系。但是,共时性却表明在(人们的)精神与心理状态、物理事件之间,无论是时间还是意义上,都蕴涵着一种平行的关系。尽管现有的科学知识仍然无法将其归并成一种普适的法则。”他进一步指出 “…… 我想,共时性不是一种解释,只是一种陈述,一种对于具有意义的事件发生的巧合的陈述。它也绝对不是一种哲学上的假设,而只是完全实在的经验。”

W.E.Pauli之所以对于共时性感兴趣, 是因为在他本人的生活中确实一而再,再而三地发生过不少奇怪的现象。据说因为E.Pauli是一位如此出色的理论物理学家,以至于只要他在附近出没,任何物理学实验都将自行失败。因此被当时的物理学界戏称为Pauli效应。W.E.Pauli的助手M. Fierz (1912– 2006) 在回忆录中提到那个用实验证实了原子角动量的量子化而获得1943年物理学诺奖的Otto Stern (1888– 1969) 曾经明言禁绝好朋友E.Pauli踏进他在汉堡大学的实验室。另一次,哥廷根大学的物理学实验室的一台价格昂贵的仪器突然无缘无故地毁坏了,实验室主任James Franck (1882 – 1964,获得1925年的物理学诺奖 ) 以幽默的口吻告诉远在苏黎世的W.E.Pauli,说这次事故他有明显不在现场的证据。谁知E.Pauli回答说,事故发生的时刻,他搭乘去哥本哈根的火车正好停靠在哥廷根火车站上。W.E.Pauli的助手R.E.Peierls (1907– 1995) 和V.Weisskopf (1908–2002) 都分别在回忆录中提到一桩事:有一次获悉Pauli要参加一个学术会议,一些年轻的物理学家决定开个玩笑, 他们在会议室的门上做了手脚,只要Pauli推门进来,装在门后的一个触发式机关就会发出爆炸似的巨大响声。 孰料Pauli顺顺当当地推门而入,什么也没有发生。Pauli效应破坏了那个被捣蛋鬼们预先反复测试过的“实验装置”。起初Pauli效应只是物理学界的传说,慢慢就流传得越来越广了。据德裔美籍艺术史专家E.Panofsky介绍,有一次W.E.Pauli出席一个讲座,在两位风度优雅的女士中间有一个空位,他就一屁股坐了下去。几乎在坐下去的同时他两旁的椅子就一齐垮掉了,面对两位花容失色的体面女士,尴尬的W.E.Pauli只能手足无措地一再赔礼道歉。其实,对于这些发生在他生活中的奇怪现象,W.E.Pauli并不只是轻描淡写地一笑置之。1950年2月,W.E.Pauli在普林斯顿大学做研究时,那儿的大型回旋加速器烧毁了。他一再叩问自己是否是导致这场重大事故的祸因。M. Fierz 描绘过W.E.Pauli当时的反应:“当他的神经处于莫名其妙的高度紧张之前,(他)就预感到事故已经降临,当预料到的不幸接踵而至时,他如释重负般地舒了口气 ---- 又是一次!随即,他感受到一种难以名状的松弛。”在与C. G. Jung讨论时,W.E.Pauli确确实实地认为这是由于他内心强烈的理性和非理性冲撞引起的可能的共时性事件。

C. G. Jung认为正是“原型”衍生了心灵世界和物质世界的根本结构,他用了一个专门词语unus mundus(拉丁文:一个世界)来描述心理学 - 物理学中植根于心灵 - 物质两象性之上的一元中立地带。W.E.Pauli很清楚地意识到这个unus mundus概念对于理解心灵区域和物质区域既不等同也不完全分离是个决定性的关键,但是必须要对心灵 - 物质的区分界限给出科学的定义。所以他并没有附议一些不成熟的心理学 - 物理学统一方案中的幼稚见解,而是以比较慎重的口吻表示“诚然,‘物质’和‘心灵’的区分界限在以现象为主的经验世界中是不可避免的,这也是中古时期炼金术士应用‘一元的’(中性)语言来诠释化学过程时曾犯的错误。但是‘科学物质’对于现代物理学家来说已经转化为一种抽象的不可见的真实。或许,对于心理学 - 物理学的一元论来说,前景已经比较光明了。”但是,他接着在比较物理学和心理学时,再三强调“到目前为止,心理学中的‘无意识’还无法定量地测定,因此也就不能提供数学的描述。由于每一种意识(‘带进意识’ ) 的延伸应该是改变‘无意识’的反应,所以可以期待一个与‘无意识’有关的‘观察问题’的(出现)……如果想使公众接受这个观念,证实就是绝对必要的。然而与目前的原子物理学相比较,还是包含了太大的困难!” 顺便插一句,西文网上有一个Psychovision Unus Mundus论坛,我好奇地进去浏览过,发现那儿尽管人气很旺,张贴的文字却都不甚了了,或标新立异,或故作深奥,或牵强附会,大多不值一观。尽管文字无稽,可绝对没有中文论坛上那种一言不合就问候对方异性亲属的雅癖。

W.E.Pauli曾经表示过“物理学中的现象直到被观察到之时,才是现象。”这句话被国内不少正统的官方学者贴上了唯心主义的标签,视作George Berkeley 主教(1685– 1753) 的“存在就是被感知” ( esse est percipi ) 的物理学翻版。 我们知道,在经典物理学中,观测的仪器可以视作一种感官的延伸,或者说是观测体系的一个组成部分。观测体系的功能就是记录,观察过程是一种感受观测到的信息的过程。对于量子力学中观测过程的分析,与经典概念比较,显然存在很大歧义。W.Heisenberg的测不准关系得到了实验结果的明确支持。因此,测不准关系被哥本哈根学派解释为坐标和动量的一种既互斥又互补的属性。在进行观测之前,无论是坐标还是动量这两个物理量其实并不存在,只有在观测的具体过程中才产生出来。因此,观测是一个主动的“获取”信息的过程,而不是一个被动的“反映”信息的过程。说得通俗一点,被观察到的其实是由观察过程本身所“产生”的量值,而不是被观察对象在未曾受到观察过程的“作用” (或者说“干扰”)之前的那种状态。因此观察主体对被观察客体的认识其实就是一种操作,在量子力学中就是一种算符(operator)运算。对此,终其一生反对量子力学的A. Einstein曾说过一句妙语:“I like to believe that the moon is still there even if we don't look at it.”

下面,我想介绍一下那个困惑了W.E.Pauli大半辈子的神秘数字137。

137只是个介于136和138之间的自然数,它是个单数,或者说奇数,也就是不能被2整除的数。但是,包括W.E.Pauli在内的不少第一流和超一流的物理学家却穷毕生精力希望能解开埋藏在这个不起眼的137后面的秘密呢!因为这个137和物理学中的一个基本常数 ---- 精细结构常数有着密切的联系:这个常数大约等于137
的倒数。

精细结构常数FSC(英文Fine structure constant的缩写)是一个基本的物理学常数,通常用第一个希腊字母α来表示,可以书写为一个分式:分子是电子电荷e的平方;分母是4倍的圆周率π、约化Planck常数(h-bar, 即Planck常数除以2倍的圆周率π)、真空介电常数ε和光速c的乘积。

FSC是原子物理学的创始人之一A.J.W. Sommerfeld(1868-1951)在解释光谱的精细结构时引入的,因此被他称为精细结构常数(Feinbaukonstante)。

FSC在现代物理学中具有极其重要的意义。根据N. Bohr,的原子模型,可以得知FSC就是基态轨道上电子的线速度与光速之比。根据P.Dirac的电子相对论量子力学方程可以认为FSC是电子的自旋磁矩与电子绕核运行形成的磁场耦合的结果,因此曾成功地预言了正电子的存在。根据R.P.Feynman的量子电动力学,任何电磁现象都可以用FSC的幂级数来表达,也就是说FSC是电磁相互作用的强度。

根据量纲分析,可知FSC是一个无因次数,大约等于7.297352……乘上10的负3次方。通过各种基本的物理学常数的换算和组合,可以将FSC表示成不同的形式,因此也就有不同的物理意义。例如:
(1)FSC可以认为是两种电荷平方之比:分子是电子电荷的平方;分母是Planck电荷的平方。
(2)FSC可以认为是两种能量之比:分子是将两个无限远的电子拉到距离为d处克服静电排斥力所需做的功;分母是波长为2πd的光子具有的能量。
(3)FSC可以认为是两个特征长度之比:分子是2倍的圆周率π和经典的电子半径的乘积;分母是电子的Compoton波长。

后来被称为氢弹之父的匈牙利犹太裔物理学家Edward Teller(1908-2003)在1948年提出FSC与万有引力常数G之间可能有一定的联系,根据一些物理学家们推测,FSC正以每年大约3万亿分之一的速度在增大。

如果FSC真的随着时间改变的话,以等效原理为基础的广义相对论(以及一切几何化的引力理论)就都有必要进行修正了。正因为如此,长期以来物理学家们一直在致力于测量FSC随时间的变化情况。据有关专家估算,如果FSC稍稍不同的话,那么地球上的人类和一切灵长类动物就无法存活。譬如,FSC改变4%的话,恒星的聚变就不会形成碳,那就不可能有以碳为基本元素的生命了。再譬如,FSC >0.1的话,恒星聚变不可能发生,于是以宇宙之大,竟然就找不到一处温度适宜生物的场所。

科学家用很高的精度测量了各种原子钟的数据,结果表明FSC的变化小于10的负15次方数量级。Keck 天文台用世界上口径最大的光学和近红外线望远镜观察星体的结果表明在过去10亿年间FSC改变的值不到20万分之一。

然而,十分遗憾,如此重要的一个基本常数却无法从第一性原理(也就是一切基于量子力学原理的演绎计算)推导出来,而只能通过实验来测定。历史上很多物理学家和数学家尝试了各种各样的方法,试图推导出FSC的数值,但至今无法得到令人信服的结果。而只能借助于精度越来越高的各种仪器进行实验测定。

当然罗,即使是实验测定的FSC数据也与选择的具体物理学模型有关。例如,哈佛大学物理系测定的是电子的电矩g/2,然后根据粒子物理学中的标准模型,将之展开为包含(α /π)的幂级数,再用数值方法确定α的值。他们这样测定的FSC数值的测不准量值达到ppt (per part of trillion,也就是小数点后的17位 )的精度。

W.E.Pauli曾说过“无论如何,我都不会忘记,基于那个从波动场的量子理论引出的众所周知的发散结果,我们已经发现我们自己被一个合乎逻辑的严密理论拒之于外了,而且再一次退化到猜测那个准确的结果表达式。……这个数值的理论解释是原子物理学中最重要的未解决问题之一。”

与那些劳而无功的理论演绎平行,不少一流的物理学家不得不通过各种手段摸索精细结构常数的解析表达式,也就是W.E.Pauli在上文中提及的那些猜测工作。根据A.Enstein的建议,所有的猜测表示式中几乎没有例外地都借助于自然界中最奇特的常数圆周率π。唯有那个率领一个观测队到不毛之地的火山岛去观察日全日证实了A.Enstein广义相对论的A.S.Eddington(1882-1944)爵士,他是完全用逻辑方法得到了纯以数字表示的猜测结果。

在东欧,主要是匈牙利和波兰等地有不少学识丰富,学有专长的学者都在孜孜不倦地对W.E.Pauli和C. G. Jung的合作结果进行认真的研究。他们认为尽管W.E.Pauli的父亲和母亲都从犹太教皈依罗马天主教,而且W.E.Pauli本人也很早就放弃了宗教信仰,脱离了教会组织,但是他的父系和母系都是犹太血统,所以他潜意识中受到犹太教的影响绝对不可以忽视。这些研究者本身也都有犹太血统,所以他们应用犹太神秘主义哲学(Kabbalah)的观点对W.E.Pauli的思想进行诠释和解读。他们与我在前面提到的Psychovision Unus Mundus论坛那帮浅薄到近于搞笑的朋友不同,一个个都是各领域里颇有建树的专家,他们的工作做得相当踏实,治学态度十分严谨。例如他们应用希伯来数秘主义(Gematria)的方法,构筑了一个3层结构的几何组合体。最外层是一个边长为2的正方体,中间一层是与外层正方体内切的一个半径为1的球体,最里面一层是与球体内接的边长为根号2的正方体,这个正方体的中心轴线与最外层的正方体的中心轴线的旋转角度为90度。根据这个符合Gematria规则的几何组合体的特征包络线长度,得到了一个3项的只含圆周率π和自然数1、2、3和4的降幂加和来表征FSC 的倒数(1/α),与国际科学与技术数据学会(CODATA)2002年公布的FSC测定数值几乎一致。2008年CODATA公布了一个新测定的FSC数值,不久他们就在原来由3项组成的圆周率π的降幂加和后面又添加了2个协调项,而且这2个正负对称的协调项也完全是用圆周率π和自然数360来表示的,结果得到的计算数值与新的测定值再一次达到了几乎天衣无缝的吻合。真是,“金人有金兀术,宋人有岳少保;金人有狼牙棒,宋人有天灵盖”。他们并不在乎社会的认可和学界的评价,只是我行我素地默默耕耘。参与上述研究结果的学者分别来自布达佩斯的综合理工大学物质结构研究所、匈牙利科学院的冯诺依曼计算科学研究所、布达佩斯大学的技术和经济学院、华沙工程技术大学计算机和自动控制系以及波兰国家科学院信息科学中心等机构。

最后,我想提醒一下诸位读者,本文的主人公W.E.Pauli患胰腺癌于1958年12月15日,病逝于苏黎世红十字会医院,病房号码正是137!


(全文完)

作者:断章师爷驴鸣镇 发贴, 来自 http://www.hjclub.org


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