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思想實驗和生命的進化

2021-11-16由 鄧如山 發表于 歷史

科學哲學的不可區分原理既適用於經典物理和相對論物理的領域,也適用於量子物理的領域,不可區分厡理在經典、相對論和量子物理領域的應用符合科學哲學適用論的等效原理。在物理學四大“思想實驗”中,封閉的“伽利略大船”證實了不可區分原理在經典物理的適用性,封閉的“愛因斯坦飛船”和“愛因斯坦電梯”證實了不可區分原理在相對論物理的適用性,“薛定諤的貓”則證實了不可區分原理在量子物理的適用性。我們在封閉的船艙內無法區分船體本身處於靜止或處於均速直線運動的狀態,我們在封閉的太空艙無法區分引力和慣性力的作用,在在封閉的電梯內處於“失重”狀態時,我們無法區分電梯是朝向地面的方向作加速運動,還是電梯處在零重力的太空中。一旦進入“薛定諤的籠子”,一隻活蹦亂跳的貓就會變成半死不活的“薛定諤的貓”,“生和死,這是一個問題”,我們無法區分貓的生死狀態,這隻貓可能既活著,又死去了。

薛定諤的貓不是在我們的生物部落中真實存在的貓,而是在物理學思想實驗中假設的貓,好像文藝青年在文學作品和商標圖案中使用的“天貓”一詞,實際上沒有一隻“天貓”在“天街”上活蹦亂跳。物理學和文學在發掘人的豐富想像力方面有高度的相似性,物理學和文學符合科學哲學想像論的強等效原理,這很好地解釋了為什麼有的科學家喜歡拉小提琴、彈鋼琴,有的科學家喜歡吟詩作畫、吹拉彈唱。科學世界和娛樂天地相隔“十萬八千里”,而大師級天體物理學家霍金既活躍在抽象理性的科學世界,又浪跡於遊戲人生的娛樂天地,像霍金一樣創造了奇蹟和奇異人生的科學家少之又少,也許霍金以自己非同尋常的生活方式向人們展示了量子物理的奇妙特性。我們無法區分一個量子是處在常規的經典狀態,還是處在非常規的量子狀態,以自然方式存在的量子可能“腳踩兩隻船”,我們無法區分一個量子“踩上”了哪隻船。

任何一隻放進“薛定諤籠子”的貓就會變成“薛定諤的貓”,任何一隻放進“薛定諤籠子”的狗就會變成“薛定諤的狗”,薛定諤的貓和薛定諤的狗、或“薛定諤的雞”和“薛定諤的鴨”符合科學哲學貓狗論或雞鴨論的等效原理。為什麼說不可區分原理是科學哲學等效原理的表述形式之一?這是因為在薛定諤的籠子中放進任何型別的生命體都是等價的,貓和狗、雞和鴨在薛定諤的籠子中沒有實質性區分的意義,或貓和狗、雞和鴨的區分對薛定諤的思想實驗不會產生任何的影響,對實驗物沒有意義的區分等效於實驗物的不可區分性。既然“薛定諤的狗”可以替換“薛定諤的貓”,或“薛定諤的鴨”可以替換“薛定諤的雞”,那麼量子物理思想實驗的關鍵就不是薛定諤的貓,而是“薛定諤的籠子”。

思想實驗和生命的進化

1935年,奧地利物理學家薛定諤設想了一個思想實驗,在一個封閉的籠子裝進一隻貓,籠子內設定了釋放放射性毒素的精巧裝置,放射性衰變物質釋放毒素的機率為50%,這相當於籠子裡的貓有50%的存活率和50%的毒死率,人們在開啟封閉的籠子前不知道貓的生死態,或薛定諤的貓處於生與死的疊加態,當人們開啟封閉籠子的一瞬間,疊加態分離或“塌陷”了,薛定諤的貓立刻變回普通的貓,要麼是一隻活貓,要麼是一隻死貓,不會是一隻死活不定的貓。當一隻貓的特性符合量子物理哲學不確定性原理或不可區分原理的描述時,這隻貓是在思想實驗中出現的“薛定諤的貓”;當一隻貓的特性符合經典物理哲學確定性原理或可區分原理的描述時,這隻貓是在動物領地真實存在的普通貓。

什麼是科學哲學的強等效原理和弱等效原理?根據科學哲學的相對性原理和不可區分原理,我們只能相對地區分等效原理的強弱性,不能區分絕對強和絕對弱的等效原理。比如:黑猩猩和人類的基因符合科學哲學型別論的強等效原理,黑猩猩和人類在基因上的相似度高達96%。也許僅從馬克思的勞動進化論不足以解釋人從動物世界分化出來的原因,達爾文的生物進化論在其中發揮了基礎性的作用,馬克思的勞動進化論和達爾文的生物進化論在從猿人到現代智人的轉變中發揮了互補性和不可替代性的作用,勞動進化的社會作用和生物進化的自然作用符合科學哲學人論的等效原理。現代基因生物學家還不能完全解釋人類基因的形成和獨有特徵,也許4%的基因差異決定了人腦不同於動物的大腦容量和複雜的感知、認知能力。

香蕉和人類的基因符合科學哲學型別論的弱等效原理,香蕉和人類在基因上的相似度達到了60%。生命科學家從基因測序的結果中發現了一個驚人的事實,人類基因與香蕉、雞肉和果蠅有著60%的相似性,所有生物在基因特徵的重疊效能夠證明生命物體的共同起源,在地球生命最早形成的三十、四十億年前,單細胞的生命有機體首先出現,極早期生命體的共同基因在地球數十億年的生命進化過程中儲存到了今天。人類和黑猩猩在細胞基因上表現了強等效關係,人類和香蕉在細胞基因上表現了弱等效關係,而強弱等效關係的區分是相對的,不是絕對的,實際上,人類和香蕉在基因特徵的相似度超過了50%。

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