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[科技] 张首晟:这几句话可以总结人类所有知识

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发表于 2018-12-9 09:46:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
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      著名物理学家张首晟去世,享年55岁,深感痛惜。这里分享一篇张首晟教授在混沌研习社的演讲,以示怀念。( a  P0 k) m7 k( u  S9 _
  & H9 \; S$ p; W4 @
  以下为演讲全文:
5 J$ E6 G9 g2 `4 {, U6 q" I  / X/ f- m7 \+ ?0 u( }
  今天是周末,大家还愿意花一整天来这个课堂,我非常激动,为了这个课程,我准备了一两个月。$ z* M- T# I8 c; g4 W
  
  U3 v# s4 F/ r0 k8 _3 y0 H  这次回国,很多地方邀请我演讲,但是非常不幸的是,发生了一个意外,我的腿受伤了,伤情严重,还住院做了手术,所以很多活动我都取消了,但是今天的课程,我没有取消,这是作为老师的神圣责任。
+ K  ?) C' d3 h  
$ e+ R* d8 J! i2 v" |6 J* q# L  我想以一个问题开始:假设世界末日到了,诺亚方舟上只能够携带一对动物和一个信封,信封背面,你可以总结所有人类知识,那你们会写下什么?/ y$ v* \. r5 H' X. h3 e
  
/ w9 O7 B! a* c$ S0 z! d  我分享下我会写下什么,这堂课将围绕这些答案:
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$ A: V8 Y" w* j( f1 L0 Y  自然界三大基本常数;8 s; P" x' z+ w; j6 \- G! M! \/ T
  
# l9 i: U$ j- F5 j7 A! l  万物都是由原子构成;
; A+ N- M5 s6 `  " _7 J+ I9 `9 x+ `7 J5 @' p
  欧几里得几何公理;: m! v+ g( t% {& l# u2 X6 A7 v% J$ o
  $ G+ O1 _4 [% \  s" p! x
  自然选择、适者生存;
1 F7 s& t7 w* t. x  
& v& c( r; U) j& q- T0 ?  人人生来平等;- J, C, s+ f9 r4 P
  " u; k2 K- l7 H, f' G
  让自由之风吹拂;* y4 P% @0 i2 l, Q8 ^9 w
  % g' ]" ~4 T9 v  ~3 K) F, O& M
  笔胜于剑;+ P5 F: O  _" Q/ a' Y# ^8 t+ ^3 }8 A
  
; Y& }) O4 K4 v, V9 ]$ k  隐形之手;% J$ j# C1 {) j! b% \
  
0 |/ j, W* v! l8 P3 W, K  H. _  大道至简;
& p0 X$ Y8 d: ?! H+ k  - I7 s) p: ~' C7 q% S3 Q8 y
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2 @4 y" h9 g: @) u1 y  自然界基本常数
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  作为一个物理学家,我觉得人类文明最高的建树还是科学真理。科学真理最重要的是两点,一是能量,二是信息。
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7 A* ]% G; T# R0 H  对能量最深刻的认识来爱因斯坦,就是E=mc2,如果总结人类最知名的公式,这是首选。大家说物质本身也很重要,但是通过E=mc2,就发现物质和能量是一回事。
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6 C$ `6 {9 A1 N. H) l6 M" }  对信息的认识,是人类对大自然最重要的认识。怎么描写和衡量信息,也有一个非常奇妙信息熵的公式:S=-p log p。( c3 N3 W2 |- C+ a- x+ |
  0 V6 M0 ?8 i( n! P
  这个公式不像E=mc2那么知名,但爱因斯坦说过一句话:等到人类的知识往前推进,牛顿力学可能不对,量子力学可能不对,相对论可能也不对,但信息熵的公式是永恒的。+ R1 a7 m& r& {. |: k3 R# U) a
  : `, w0 M$ A* k2 R7 u9 d5 H
  我们这个时代,可能觉得科学万能,但第三个公式告诉我们,科学不是万能的。科学的伟大,在于能够告诉科学的界限在哪儿。6 W; H9 S! T$ G$ s) ?
  
  q7 J" G9 g. \, s( k1 y  这就是量子力学的海森堡测不准原理,科学有一个永远不能跨过的界限,你不可能把一个粒子的位置,和它的重量,或者它的速度,同时精准地测量出来。
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  R- V' y9 K8 ]) c* i7 L& h6 Z  哲学上讲,客观世界完全独立于主观世界的存在,但是这是个伪命题,并不是真正存在的。) M: w# {" D6 @* v% {
  
4 `- l! k) w7 e4 |/ f  真正能观察到的,是客观和主观之间的结合,由于观察者和被观察的世界相互作用,我们不可能无穷精准地把客观世界了解清楚。4 ~4 Q( N  m+ r9 V  j. n( c
  
; y5 K: T9 l: t1 Y' F. h  这是第三个公式的伟大,因为它不只是讲了一个科学的原理,更说明了一个哲学的原理,告诉我们客观的世界和主观的世界,不能完全割裂。; c: n& l) \( y$ G# D
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/ D# h  e6 ?' w1 k  万物都是由原子构成% }5 V$ B4 e/ L- t
  
# n: @0 y# n' M3 m) q  人类的文明不只局限于科学,还有哲学,政治,法律。如果用一句话来描写整个世界里,最值得告诉下一代的话,就是“万物都是由原子构成”。3 ], m$ t1 A7 [, M* x& z4 W
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  譬如中医讲“气”,好象是非常神奇的东西,这个气,本身也是由原子组成的。因为世界上不可能有别的物质产生。
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  不只是地球,整个宇宙的原子,和我们这里的原子完全是一模一样的。- W- _# ?( D7 z0 I$ Z" E
  
6 _/ A: x4 t6 B3 W! M) e& }  我们怎么会知道?因为每个原子会发出一些特殊的光来。譬如说我们知道太阳上有氦原子,氦原子发出光的那个性质,所谓的光谱和地球上能够观察到的光谱一模一样。整个宇宙世界里,万物都是由原子构成的。
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# o# A8 z: A% u5 V! o; r6 O  这个道理大家是要慢慢想。但是这个概念是个非常伟大的概念,虽然真正对原子的理解,是20世纪初由于量子力学的奠基。
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  Q  w( e/ y$ Y  但是大家知道了不起的一点,两千年以前,原子的概念就被希腊的人提出来了。所以,这是一种思想方法,就是要把世界上万物的复杂性归纳到原子的简单性。
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" D, ]: V, x2 s, d  C  f$ n% ]0 t6 W  我们知道元素周期表特别简单,那么千变万化的世界,归纳到最后就是这100多种元素,这就是思想方法的伟大。
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7 Y- I9 m4 Q: f/ A  好像是非常抽象的科学概念,和我们今天办企业有什么关系?做任何的企业要能赚钱,就是用简单的办法来解决一个复杂的问题。# z% A5 e$ C6 }1 f0 D
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3 R! \6 d' x# x4 B% b% c  
& _' V  B  c7 C( }) R1 ]6 C  欧几里德的几何定理
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% k. ?- z* x' H! f- n: d( N- @( J4 v3 b  以上是物理的概念,也是化学的概念,如果用数学来描写,最精华的思想是什么?希腊文明的伟大,除了那些公式之外,是把数学思想已经基本奠定了,这就是欧几里得的公理系统。) `) h  Z7 {; n
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  这么错综复杂的理论体系,它一定要建设在五条不言而喻的公理上面:比如两点可以划一条直线;所有直角都全等。
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* z5 Z9 t  D4 Q/ {& f! L5 q  这个事情我们觉得真是太不言而喻了,根本不需要证明。欧几里得把它作为基本的公理,就是第一性原理。再复杂的知识体系,你一定要归纳成最少的几条不言而喻的公理。# g3 @2 a+ T, q9 |) p
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  欧几里得的妙处就是出发于那些显而易见的公理,来整理他整个知识的体系,把它变成一个丰茂的大树,这些大树的根就是一些公理。
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  在这种情况下,物理的思想和几何的思想也是统一的思想,把万物归到一个最最简单的原理上。
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  自然选择,适者生存
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  生物是一个非常复杂的系统,好像不容易总结出非常简单而普世的规律,其实,如果整个生物用一句话来描写的话,就是“自然选择,适者生存”。4 X! r1 F. {# P3 Z
  
( p* d6 }' g, b* W  所以,生物之所以能够进化,是因为周围的环境一直在改变,能够适应环境的生物就能生存,不适应的就会被淘汰,这是进化的最原始动力。& W; J7 K$ M4 T5 P4 a' t
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  我们每次讲公司的生和死,其实已经潜意识把公司看成是生物,公司也是同样适者生存,竞争是非常残酷的,但是越是极地环境下生存的公司,就越优秀。8 U4 b( v8 V+ D, D) L
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. D+ v! Y, Y: R" z  人人生来平等
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4 e# V$ j1 s6 I7 _( ]  讲起人文的思想,如果用一句话来总结的话,就是“人人生来平等”。这是美国《独立宣言》上的第一句话,基本上模仿了欧几里得的公理系统。  \$ p/ ]( v/ h% `) |% g* U
  
+ B& A: ~- ?" l: {4 F) c: c  它说我要建一个国家,国家是一个非常复杂的体系,但也要建在一个基本的原理上。这个基本的原理,一定要是每个公民觉得是不言而喻的一个真理,不需要过多的解释。
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  美国的宪法200年不变,为什么?它是把科学的基本理念用在治国。既然欧几里得复杂的定理系统能够建立在几条显而易见的公理上,我们建国为什么不可以?使得每个公民根本不需要任何知识,一讲他就知道?
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  这样国家才能真正地牢固,这是人人生来平等,这是一个基本的原理。+ k7 F* b. C. P( V
  
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% M2 p8 S, K8 r; X* I  自由的空气在飘扬
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5 E4 x8 W' o8 K4 f7 w7 H0 S  说到办一流的大学,大家都会想到哈佛大学和斯坦福大学这些百年学府。斯坦福大学牛在哪儿?它的校训是“自由的空气在飘扬”。
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5 z$ P1 {$ d/ {* i, R$ n  这是一个百年学府成功的前沿思想,就是学术环境一定要有自由,一不要受政治的影响,二不要受功利心的影响。( p' d0 ^0 y+ o* Z
  
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  笔胜于剑" u7 n. R, ?- J
  
3 C  R+ y9 k2 T1 a, k0 r1 `  如果我要总结整个人类文明几千年的历史,用一句话来描写,我会说“笔胜于剑”,笔远远比剑来得更重要。
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  历史上,亚历山大征服了世界。他有两位老师,一位是他的父亲腓力二世,教他怎么用武力征服已知的世界。另一位老师叫亚里士多德,同样教他改变世界,不是用武力,而是知识,真正把人类的知识彻底整合,彻底征服。
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" q2 R6 z2 `4 N' G7 Y  所以亚历山大有两个改变世界的志向,一是征服人类已知的世界,他打到阿富汗时痛苦一场,认为下面没有可以征服的地方;二是亚历山大图书馆,他的目标是收集人类所有的书籍。) v! Y4 N2 w- S3 I5 s$ k
  
5 T5 s' J  E0 p2 E1 G1 F) `. I& w  他征服过来的帝国,在他过世一年之内就全部崩溃,但他真正给人类文明留下的是亚历山大图书馆,由于信息极端密集,也吸引了很多学者汇聚,影响了人类历史。/ p- Y) {% }9 ~; ]9 x
  
7 F. o  r# e" H+ x( \( Q  这个道理很简单,但大家在用的时候,往往不知道它的深意,希望大家能通过这些故事深入思考。
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& {: ^: }: m5 k' e5 ~. I2 C" U  隐形的手: Q. Y! U8 ~! H1 I# b# @1 [; L
  
. ^( @+ L; f# X: k7 b  如果讲起经济学,也要有一句话,我想就是亚当斯密所讲的,“市场是一个隐形的手”。
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  这句话的道理,我想大家已经讲得很多,但是做起来,往往会不太明白,尤其是政府在做事情的时候,往往就有一个无形的手就会变成一个有形的手。. g' m& E2 F# s' l
  
, h3 L" }5 U0 [7 e& u$ V  但是这个道理非常的深刻,你在用有形的手干预市场的话,很短时间内可能会有些效果,但肯定不能打造百年老店,不可能形成千年思想。6 l% q. `1 O4 y: N0 e! G9 Q, L( c: p- Q
  
# O% y, N  c$ {  s  - 09 -+ ]8 H; q& t0 }# A
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  大道至简* r$ S: x+ d. I$ |. d9 K- W  s
  
2 [  y) U. A+ w" ]' C) j1 Q) \, h  刚才这些都是西方人留下的思想,我们中国千年的文明,留下的思想哪一句应该写到信封背面呢?“大道至简”。) Y" m) ^$ e2 n4 Y  s
  
" r' m  F8 h( Y8 C  很多人说起谁牛,就说是专家,其实专家并不牛,把大道用简单的话讲出来,让人人都听懂,这才是真正牛的。0 p1 H+ p9 }( P2 d7 A4 J! i
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  千年思想的确最最精华的都是大道至简,你看宇宙美妙在哪儿?E=MC2这样一个公式,能够描写小到原子,大到宇宙。真理的共通点就是“大道至简”。: X% o* i, ]% B- p, j9 u$ `! n
  
; V4 b% x* p" T- _" g$ V  讲个故事,4的根号等于几?很简单,2和-2,英国理论物理学家、量子力学的奠基者之一狄拉克初中时,就觉得这个回答非常非常奇妙,为什么开根号的时候总是有一个正根,有一个负根?& S4 L7 L% b& C0 n; k
  
- c8 c3 i( k+ C) W6 e1 E  他突然想到把这个原理推广了一下,就说宇宙上面所有的基本粒子,都有个反粒子,有个电子就有个反电子,有个质子就有个反质子,有个中子就有个反中子,这是个非常非常神奇的发现。
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3 ~% c" @$ K' o  所以,科学大师,你看他为什么能够做出这些伟大的科学发现?就是他始终没有忘记“大道至简”,后来狄拉克得到了诺贝尔奖。
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