愛因斯坦:想像力比知識更重要!科學史上幾次著名想像力爆發還原

2020-11-22 憨哥看世界

人類的進化史有幾百萬年,人類文明史只有幾千年。人類文明從原始文明、到遊牧文明、到農耕文明、到工業文明、到信息文明,每次躍升都與人類想像力爆發相關聯,這幾次人類想像力爆發,改變了人類文明的走向。

2500年前,地中海上建立了一個民主國家,叫希臘。希臘愛琴海群島上,有一群人,衣食無憂,靠思考、想像、計算來打發時間。有時現實和想像自己也分不清時,就找人辯論。

他們喜歡仰望星空,想像一些天、地、人的問題。如大地是什麼樣子的?我們在哪裡?

並且努力根據已有知識尋找答案,實在找不出答案時,就在頭腦中想像出一個答案,留給後人去驗證。

這個想像力這火炬從愛琴海的古希臘傳到地中海古羅馬,又傳到英倫三島,又傳到了西歐大陸。

一、古希臘人在想:大地是什麼樣子?

一眼望去,天是圓的,地是方的。我們看到頭頂上的天是最高,四周的天最低。天上有日出日落,地上有東西南北。天就象一頂大鍋,蓋在大地上。

可是古希臘畢達哥拉斯(前580年-前500年)和他的弟子們不這麼想。他們認為在所有物體形狀中,球形是最美好的,宇宙中包括地球在內的所有天體都應該是球形的。

過了100年,古希臘亞里斯多德(前384年-前322年)對大地是球形作出了論證。提出了三個有理有據的證據:

1、站在海邊,大家都注意過海面上行駛的輪船慢慢消失於天際,首先它的船身會看不到,接著桅杆一點點消失不見;反過來,要是一艘從遠處駛來的巨輪,我們也是先看到桅杆之後才會看到船身,如果地球不是圓的,那這一現象怎麼解釋呢?

2、夜裡朝著北極星的方向走了很長很長的一段路途,你會發現身後的星星逐漸的消失不見,而面前會出現許多之前沒有看到過的星星,如果地球是方的,這一現象怎麼解釋?

3、他從月食時地球在月球上的投影等現象中,推斷大地的形狀為球形。當月食發生的時候,月亮的邊緣會變成一個圓弧形,這是地球的影子,如果地球不是圓的,又怎麼會出現圓弧形呢!

當時,一些持反對意見的人便提出:如果大地真是圓球狀的,為什麼住在地球另一端的人,沒有掉向下面的空中呢?那時候,由於人們還不懂得有地心引力,要回答這個問題是很難的。

二、古羅馬人在想:我們生活的大地在哪裡?

古希臘的民主自由只延續了600年,之後,被羅馬滅國。羅馬是個上帝高於人間帝王國度,人們都相信上帝存在的。如何人類生活在地球上,那上帝住在哪裡呢?

上帝當然不能和凡人住在一起的,上帝住在天上。

公元二世紀,古羅馬有一個叫託勒密(90年-公元168年)的人提出了自己的宇宙結構學說,即「地心說」。他說,宇宙是一個有限的球體,分為天地兩層,地球位於宇宙中心,所以日月圍繞地球運行,物體總是落向地面。

由於地心說與《聖經》所描繪的宇宙圖景高度一致,其中不僅為上帝與天堂預留了位置,更有森嚴的等級體系和井然的秩序,羅馬教廷理所當然地賦予了地心說絕對的正統地位,以至於它成為中世紀神學的一根支柱,對地心說的叛逆,即等同於教義上的異端。

地心說維持了1500多年!少有人提出異議,也不敢提出異議。

三、波蘭人哥白尼在想:地球怎麼會是宇宙的中心呢?

1500年,歷史的車輪轉到了文藝復興時期。波蘭人哥白尼(1473年-1543年)大學畢業後當上天主教教士。他仰望星空,計錄行星軌跡。如果將金星軌跡畫出來,用地心說得要用數十甚至上百個圓才能解釋金星圍繞地球轉,這怎麼可能呢?

哥白尼大膽想像,若金星是圍繞太陽在轉呢?只用畫一個圓就可得到合理解釋。他又想,金星圍繞太陽轉,那地球是不是也在圍繞太陽轉呢?按照這個思路,他一邊設想,一邊觀察,將想像與觀察的結果寫成了《天體運行論》,可教會不準發表。直到1543年,雙目失明的哥白尼用手摸了一下剛印出來的新書後,便與世長辭。

1600年,義大利人布魯諾(1548年-1600年),堅定維護哥白尼日心說被羅馬主教燒死。

1609年,德國人克卜勒(1571年-1630年)發現了行星運動三定律,日心說的地位得到穩固。同一年,義大利人伽利略(1564年-1642年)用他發明的望遠鏡,讓人類用肉眼觀察直接印證了哥白尼的假設。

四、英國人牛頓在想:為什麼東西總是掉落到地上?

就在伽利略逝世的1643年,牛頓(1643-1727年)來到人間。1665年,英國發生瘟疫,已在劍橋大學讀書收三年的牛頓回到鄉下老家,一天晚上,牛頓在家讀著伽利略《關於託勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》,一陣風起,「撲通」一聲,輕輕地像有什麼東西落在院裡,接著又是一聲。牛頓合上《對話》,披衣出門。接著又是「撲通」一聲,一個熟透蘋果掉在他的頭上。他抬著看天,一輪明月掛在天上。他當時就想,蘋果總是掉下來,為什麼月亮不掉下來,月亮繞著地球轉,為什麼月亮不飛走?於是,他回屋,調動他大腦中的全部知識,開始計算起來。一連三天,牛頓沒出門,算的結果總是一樣:任意物體間都有一種吸引力,力的大小與兩物體的質量乘積成正比,與兩物質距離的平方成反比。

這種力,只要有物體,就存在。這種力可解釋地球月亮,也可解釋行星太陽。牛頓興奮極了,他發現了宇宙!他把這種力稱為萬有引力。

接下來日子,力、光、電、磁、元素、原子、電子、分子、進化論、能量守恆等等像拉開了潘多拉盒子,一個一個都跳出來,人類工業文明時代來臨!

五、瑞士專利局的小夥子在想:追著光速跑能看到什麼?

物理學發展到19世紀末期,可以說是達到相當完美、相當成熟的程度。一切物理現象似乎都能夠從相應的理論中得到滿意的回答。

例如:

一切力學現象原則上都能夠從經典力學得到解釋,牛頓力學以及分析力學已成為解決力學問題的有效的工具。

對於電磁現象的分析,已有英國人麥克斯韋(1831年-1879年)提出電磁場理論。

至於熱現象,也已經有了熱力學的理論,它們對於物質熱運動的宏觀規律和分子熱運動的微觀統計規律,幾乎都能夠做出合理的說明。

總之,以經典力學、經典電磁場理論和經典熱力學為三大支柱的經典物理大廈已經建成,而且基礎牢固,宏偉壯觀!在這種形勢下,難怪物理學家會感到陶醉,會感到物理學已大功告成,因而斷言往後難有作為了。這種思想當時在物理界不但普遍存在,而且由來已久。

人類很奇怪,一種理論在認為是完美時,總會出現一個想像力超強的牛人來打破這種平衡。

當人們都認為大地是天球蓋著時,畢達哥拉斯想像出的「地球說」誕生了。

當人們都認為地球是宇宙中心時,哥白尼想像出的「日心說」誕生了。

當人們都認為太陽是宇宙中心時,牛頓想像出的「萬有引力說」誕生了。

當人們都認為科學理論體系已趨完美時,德國人愛因斯坦(1879年-1955)想像出的「相對論」閃亮登場!

那時人們都知道,水波的傳播要有水做媒介,聲波的傳播要有空氣做媒介,那麼,光的傳播靠什麼?

太陽光穿過真空傳到地球上,幾十億光年以外的星系發出的光,也穿過宇宙空間傳到地球上。光波能在真空中傳播?它的傳播介質是什麼?物理學家給光找了個傳播介質——「以太」。但是,邁克耳遜-莫雷實驗以太是不存在的。這也是20世紀第一年英國人湯姆遜(1856-1940年)說的「兩朵烏雲」中的一朵,經典理論解釋不了光的傳播。

在那個時候,人們已經知道光是一種電磁波了,而麥克斯韋的方程組幾乎是把電磁學所有秘密扒得一乾二淨,而愛因斯坦很快就發現電磁學中的光速理論絕對時空觀發生了矛盾。比如,根據麥克斯韋的電磁學理論,真空中的光速是一個常數,它只跟真空的介電常數和磁導率有關,跟光源的運動無關,但是在牛頓的絕對時空觀裡,不同參考系裡的速度是要相互加減的,不可能兩個參考系裡的光速都是常數。

因此,愛因斯坦斷定,要麼光速不是常數,要麼牛頓的絕對時空觀是錯誤的。

假定牛頓的絕對時空觀是錯誤的,那會發生什麼?

其實,愛因斯坦16歲時,就在思考一件事:如果我追著一束光跑,我會看到什麼?如果我的速度達到光速,我會看到什麼?我會看到靜止不動的光子麼?

他邊想邊算,完全拋棄了牛頓的絕對時空觀,認為沒有絕對的時空,時間空間都是相對的,用洛倫茲變換替代了伽利略變換。然後把真空中光速不變作為一個基本假設,從這裡重新推導了一遍力學,得出了那個偉大的質能轉換公式E=mc^2

這個新理論就是狹義相對論。

算完之後,愛因斯坦感慨道:原來想像力比知識更重要!

六、結論:人類想像力真的比知識更重要!

同樣的話,古希臘哲學家亞里斯多德(公元前384年-公元前322年)也說過:想像力是發明、發現及其他創造活動的源泉。

法國作家雨果(1802年-1885年)也說:想像就是深度。科學到了最後階段,便遇上了想像。

就連偉大的革命家列寧(1870年-1924年)也說 :幻想是極其可貴的品質。

正因為想像力是人類能力的試金石,人類正是依靠想像力徵服世界。刻在美國甘迺迪宇航中心大門上的人類誓言是:只要我們能夢想的,我們就能夠實現。

可是現實不太樂觀,我們的想像力在流失!

人類想像力是隨年齡增長而遞減的,孩子1歲時,想像力、創造力高達96%,可這種情況在7歲上學以後發生逆轉。到10歲時,孩子豐富的想像力、創造力只剩下4%。

有一個國際組織全球21個國家進行的調查顯示,中國孩子的計算能力排名世界第一,想像力卻排名倒數第一,創造力排名倒數第五。這次調查還顯示,中國的中小學生認為自己有好奇心和想像力的只佔4.7%,而希望培養自己的想像力和創造力的只佔14.9%。

觀察周圍的孩子,兒童時,一個個非常有靈性。小學時,班上有三分一近視戴上眼鏡。初中時,戴眼鏡的達二分之一。高中時,戴眼鏡達四分之三了。鏡片的背後眼睛,眼睛是心靈之窗。用俗語講,是孩子越讀書,越沒靈性。「靈性」的消失,準確的說,就是想像力的消失

想像力是大腦智力的組成部分,想像力是可培養的,是到全面重視想像力的時候了,也是到了「靈性」少年回歸的時候了。

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